Номер 143, страница 207 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.143. Имеются следующие вещества: ZnS, ${\mathrm{Cu}}_2\mathrm{S},$ FeS, ${\mathrm{FeS}}_2,$ HgS. Какое из веществ массой 1 г даст при обжиге наибольший объём сернистого газа?

Дано:

Вещества: $ZnS$, $Cu_2S$, $FeS$, $FeS_2$, $HgS$.

Масса каждого вещества: $m = 1 \text{ г}$.

Найти:

Какое из веществ при обжиге даст наибольший объём сернистого газа ($SO_2$).

Решение:

Согласно закону Авогадро, объём газа при одинаковых условиях (температуре и давлении) прямо пропорционален его количеству вещества (числу моль). Таким образом, чтобы определить, какое из веществ даст наибольший объём $SO_2$, нам необходимо рассчитать, при сжигании какого из них образуется наибольшее количество моль сернистого газа.

Для этого мы последовательно рассмотрим реакцию обжига для каждого сульфида.

Для расчетов будем использовать округленные относительные атомные массы: $Ar(Zn) \approx 65$, $Ar(Cu) \approx 63.5$, $Ar(Fe) \approx 56$, $Ar(Hg) \approx 201$, $Ar(S) \approx 32$.

ZnS (сульфид цинка)

Уравнение реакции обжига:

$2ZnS + 3O_2 \rightarrow 2ZnO + 2SO_2$

Из уравнения следует, что соотношение количеств веществ $n(ZnS) : n(SO_2) = 2 : 2 = 1 : 1$.

Молярная масса $ZnS$: $M(ZnS) = 65 + 32 = 97 \text{ г/моль}$.

Количество вещества $SO_2$, образующегося из 1 г $ZnS$:

$n_1(SO_2) = n(ZnS) = \frac{m}{M(ZnS)} = \frac{1 \text{ г}}{97 \text{ г/моль}} \approx 0.0103 \text{ моль}$.

Cu₂S (сульфид меди(I))

Уравнение реакции обжига:

$2Cu_2S + 3O_2 \rightarrow 2Cu_2O + 2SO_2$

Соотношение количеств веществ: $n(Cu_2S) : n(SO_2) = 2 : 2 = 1 : 1$.

Молярная масса $Cu_2S$: $M(Cu_2S) = 2 \cdot 63.5 + 32 = 127 + 32 = 159 \text{ г/моль}$.

Количество вещества $SO_2$, образующегося из 1 г $Cu_2S$:

$n_2(SO_2) = n(Cu_2S) = \frac{m}{M(Cu_2S)} = \frac{1 \text{ г}}{159 \text{ г/моль}} \approx 0.0063 \text{ моль}$.

FeS (сульфид железа(II))

Уравнение реакции обжига:

$4FeS + 7O_2 \rightarrow 2Fe_2O_3 + 4SO_2$

Соотношение количеств веществ: $n(FeS) : n(SO_2) = 4 : 4 = 1 : 1$.

Молярная масса $FeS$: $M(FeS) = 56 + 32 = 88 \text{ г/моль}$.

Количество вещества $SO_2$, образующегося из 1 г $FeS$:

$n_3(SO_2) = n(FeS) = \frac{m}{M(FeS)} = \frac{1 \text{ г}}{88 \text{ г/моль}} \approx 0.0114 \text{ моль}$.

FeS₂ (пирит, дисульфид железа)

Уравнение реакции обжига:

$4FeS_2 + 11O_2 \rightarrow 2Fe_2O_3 + 8SO_2$

Соотношение количеств веществ: $n(FeS_2) : n(SO_2) = 4 : 8 = 1 : 2$.

Молярная масса $FeS_2$: $M(FeS_2) = 56 + 2 \cdot 32 = 56 + 64 = 120 \text{ г/моль}$.

Количество вещества $SO_2$, образующегося из 1 г $FeS_2$:

$n_4(SO_2) = 2 \cdot n(FeS_2) = 2 \cdot \frac{m}{M(FeS_2)} = 2 \cdot \frac{1 \text{ г}}{120 \text{ г/моль}} = \frac{2}{120} \text{ моль} = \frac{1}{60} \text{ моль} \approx 0.0167 \text{ моль}$.

HgS (сульфид ртути(II))

Уравнение реакции обжига:

$HgS + O_2 \rightarrow Hg + SO_2$

Соотношение количеств веществ: $n(HgS) : n(SO_2) = 1 : 1$.

Молярная масса $HgS$: $M(HgS) = 201 + 32 = 233 \text{ г/моль}$.

Количество вещества $SO_2$, образующегося из 1 г $HgS$:

$n_5(SO_2) = n(HgS) = \frac{m}{M(HgS)} = \frac{1 \text{ г}}{233 \text{ г/моль}} \approx 0.0043 \text{ моль}$.

Теперь сравним полученные количества вещества $SO_2$ для каждого случая:

• из $ZnS$: $n_1 \approx 0.0103 \text{ моль}$
• из $Cu_2S$: $n_2 \approx 0.0063 \text{ моль}$
• из $FeS$: $n_3 \approx 0.0114 \text{ моль}$
• из $FeS_2$: $n_4 \approx 0.0167 \text{ моль}$
• из $HgS$: $n_5 \approx 0.0043 \text{ моль}$

Наибольшее значение $n(SO_2) \approx 0.0167 \text{ моль}$ соответствует обжигу пирита $FeS_2$. Следовательно, из 1 г пирита образуется наибольший объём сернистого газа.

Ответ:

Наибольший объём сернистого газа даст $FeS_2$.