Номер 3, страница 28, часть 1 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

3. В сплаве алюминия с цинком массовая доля более легкого металла равна 0,4. Какой объем (н. у.) водорода выделится при обработке 500 мг такого сплава избытком соляной кислоты?

Ответ: 0,35 г.

Дано:

сплав = Al + Zn

ω(легкого металла) = 0,4

m(сплава) = 500 мг

HCl - избыток

Перевод в систему СИ:

m(сплава) = 500 мг = 0,5 г

Найти:

V(H₂) - ?

Решение:

1. Сначала определим, какой из металлов в сплаве (алюминий или цинк) является более легким. Для этого сравним их молярные массы, взяв значения из периодической таблицы химических элементов Д.И. Менделеева.

Молярная масса алюминия: $M(Al) \approx 27$ г/моль.

Молярная масса цинка: $M(Zn) \approx 65,4$ г/моль.

Поскольку $M(Al) < M(Zn)$, алюминий (Al) является более легким металлом. Согласно условию, его массовая доля в сплаве составляет 0,4.

ω(Al) = 0,4

2. Найдем массовую долю цинка (Zn) в сплаве. Так как сплав бинарный (состоит только из двух компонентов), сумма их массовых долей равна 1.

ω(Zn) = 1 - ω(Al) = 1 - 0,4 = 0,6

3. Рассчитаем массы алюминия и цинка в образце сплава массой 0,5 г.

Масса алюминия: $m(Al) = m(сплава) \times ω(Al) = 0,5 \text{ г} \times 0,4 = 0,2 \text{ г}$.

Масса цинка: $m(Zn) = m(сплава) \times ω(Zn) = 0,5 \text{ г} \times 0,6 = 0,3 \text{ г}$.

4. Соляная кислота взята в избытке, поэтому оба металла прореагируют с ней полностью, выделяя водород. Запишем уравнения химических реакций:

Реакция алюминия с соляной кислотой:

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

Реакция цинка с соляной кислотой:

$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2\uparrow$

5. Рассчитаем количество вещества (число моль) каждого металла, вступившего в реакцию.

Количество вещества алюминия: $n(Al) = \frac{m(Al)}{M(Al)} = \frac{0,2 \text{ г}}{27 \text{ г/моль}} \approx 0,007407 \text{ моль}$.

Количество вещества цинка: $n(Zn) = \frac{m(Zn)}{M(Zn)} = \frac{0,3 \text{ г}}{65,4 \text{ г/моль}} \approx 0,004587 \text{ моль}$.

6. Используя стехиометрические коэффициенты в уравнениях реакций, найдем количество вещества водорода, выделившегося в каждой из них.

Из реакции с алюминием (соотношение $n(Al) : n(H_2) = 2 : 3$):

$n_1(H_2) = \frac{3}{2} \times n(Al) = 1,5 \times 0,007407 \text{ моль} \approx 0,011111 \text{ моль}$.

Из реакции с цинком (соотношение $n(Zn) : n(H_2) = 1 : 1$):

$n_2(H_2) = n(Zn) \approx 0,004587 \text{ моль}$.

7. Найдем общее количество вещества выделившегося водорода, сложив количества, полученные в обеих реакциях.

$n_{общ}(H_2) = n_1(H_2) + n_2(H_2) \approx 0,011111 \text{ моль} + 0,004587 \text{ моль} \approx 0,015698 \text{ моль}$.

8. Рассчитаем объем водорода при нормальных условиях (н. у.). Молярный объем любого газа при н. у. ($V_m$) равен 22,4 л/моль.

$V(H_2) = n_{общ}(H_2) \times V_m \approx 0,015698 \text{ моль} \times 22,4 \text{ л/моль} \approx 0,3516 \text{ л}$.

Округляя результат до двух значащих цифр, получаем 0,35 л.

Примечание: В условии задачи в качестве ответа указано "0,35 г". Это, по всей видимости, опечатка. Во-первых, вопрос ставится об объеме (единицы: л, мл, м³), а ответ дан в единицах массы (г). Во-вторых, численное значение нашего ответа (0,35) совпадает с приведенным, что подтверждает предположение об опечатке в единицах измерения (вероятно, должно быть "л" вместо "г").

Ответ: 0,35 л.