Номер 2, страница 40, часть 2 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

•2. Вычислите объем газа (н. у.), который выделится при взаимодействии алюминия массой 2,7 г с 40%-ным раствором гидроксида калия массой 50 г.

Ответ: 3,36 л $(H_2)$.

Дано:

m(Al) = 2,7 г

m(раствора KOH) = 50 г

ω(KOH) = 40% = 0,4

Найти:

V(газа) - ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия алюминия с водным раствором гидроксида калия. Алюминий является амфотерным металлом и реагирует со щелочами, образуя комплексную соль (тетрагидроксоалюминат калия) и выделяя водород в качестве газа:

$2Al + 2KOH + 6H_2o \rightarrow 2K[Al(OH)_4] + 3H_2\uparrow$

2. Рассчитаем массу чистого вещества гидроксида калия, содержащегося в 50 г 40%-ного раствора:

$m(KOH) = m(\text{раствора}) \cdot \omega(KOH) = 50 \text{ г} \cdot 0,4 = 20 \text{ г}$

3. Найдем количество вещества (в молях) для каждого из реагентов, чтобы определить, который из них находится в недостатке. Для этого используем их молярные массы:

$M(Al) = 27 \text{ г/моль}$

$M(KOH) = 39 + 16 + 1 = 56 \text{ г/моль}$

Количество вещества алюминия:

$n(Al) = \frac{m(Al)}{M(Al)} = \frac{2,7 \text{ г}}{27 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

Количество вещества гидроксида калия:

$n(KOH) = \frac{m(KOH)}{M(KOH)} = \frac{20 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} \approx 0,357 \text{ моль}$

4. Определим лимитирующий реагент. Согласно уравнению реакции, стехиометрическое соотношение алюминия и гидроксида калия составляет 2:2, или 1:1. Это означает, что на 1 моль алюминия требуется 1 моль гидроксида калия.

У нас есть 0,1 моль Al, для реакции с которым потребуется 0,1 моль KOH. В наличии имеется 0,357 моль KOH, что больше необходимого количества ($0,357 \text{ моль} > 0,1 \text{ моль}$). Следовательно, гидроксид калия находится в избытке, а алюминий полностью прореагирует и является лимитирующим реагентом. Дальнейшие расчеты продукта реакции (водорода) ведем по алюминию.

5. Рассчитаем количество вещества выделившегося водорода ($H_2$) на основе количества вещества лимитирующего реагента (Al). Из уравнения реакции следует, что из 2 моль Al образуется 3 моль $H_2$.

Составим пропорцию:

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

Отсюда количество вещества водорода:

$n(H_2) = \frac{3}{2} \cdot n(Al) = 1,5 \cdot 0,1 \text{ моль} = 0,15 \text{ моль}$

6. Вычислим объем водорода при нормальных условиях (н. у.). Молярный объем любого газа при н. у. ($V_m$) составляет 22,4 л/моль.

$V(H_2) = n(H_2) \cdot V_m = 0,15 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 3,36 \text{ л}$

Ответ: 3,36 л.