Номер 68, страница 234 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

8.68. Сравните объёмы водорода, выделяющиеся при обработке равных навесок алюминия соляной кислотой и раствором гидроксида натрия.

Дано:

Масса алюминия в первой реакции: $m_1(Al)$
Масса алюминия во второй реакции: $m_2(Al)$
По условию: $m_1(Al) = m_2(Al) = m$
Реакция 1: Алюминий с соляной кислотой (HCl)
Реакция 2: Алюминий с раствором гидроксида натрия (NaOH)

Найти:

Сравнить объёмы выделившегося водорода $V_1(H_2)$ и $V_2(H_2)$.

Решение:

Для сравнения объемов выделившегося водорода необходимо записать уравнения химических реакций и проанализировать их стехиометрию. Алюминий является амфотерным металлом, поэтому он вступает в реакцию как с кислотами, так и с растворами щелочей. Предполагается, что кислота и щелочь взяты в избытке, и весь алюминий реагирует полностью.

Запишем уравнение реакции алюминия с соляной кислотой:

$2Al + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2 \uparrow$

Запишем уравнение реакции алюминия с водным раствором гидроксида натрия:

$2Al + 2NaOH + 6H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4] + 3H_2 \uparrow$

Пусть масса навески алюминия равна $m$. Тогда количество вещества (моль) алюминия, вступившего в реакцию, можно рассчитать по формуле:

$n(Al) = \frac{m}{M(Al)}$

где $M(Al)$ - молярная масса алюминия.

Из первого уравнения реакции следует, что из 2 моль алюминия образуется 3 моль водорода. Найдем количество вещества водорода $n_1(H_2)$:

$n_1(H_2) = \frac{3}{2} n(Al)$

Аналогично, из второго уравнения реакции следует, что из 2 моль алюминия также образуется 3 моль водорода. Найдем количество вещества водорода $n_2(H_2)$:

$n_2(H_2) = \frac{3}{2} n(Al)$

Сравнивая полученные выражения, видим, что количества вещества водорода, выделившегося в обеих реакциях, равны:

$n_1(H_2) = n_2(H_2)$

Согласно закону Авогадро, равные количества вещества любых газов при одинаковых условиях (температура и давление) занимают одинаковые объёмы. Объем газа связан с количеством вещества соотношением $V = n \cdot V_m$, где $V_m$ — молярный объем газа при данных условиях.

Поскольку $n_1(H_2) = n_2(H_2)$ и молярный объем $V_m$ для обоих случаев одинаков, то и объемы выделившегося водорода будут равны.

$V_1(H_2) = V_2(H_2)$

Ответ: При обработке равных по массе навесок алюминия соляной кислотой и раствором гидроксида натрия выделяются равные объёмы водорода.