Номер 2, страница 43, часть 2 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

•2. Определите концентрацию соли, образовавшейся при растворении 10,8 г алюминия в 800 мл 10%-ного раствора соляной кислоты (плотность 1,05 г/мл).

Ответ: 6%.

Дано:

$m(Al) = 10,8 \text{ г}$

$V(р-ра\;HCl) = 800 \text{ мл}$

$\omega(HCl) = 10\%$

$\rho(р-ра\;HCl) = 1,05 \text{ г/мл}$

$m(Al) = 0,0108 \text{ кг}$

$V(р-ра\;HCl) = 800 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3 = 8 \cdot 10^{-4} \text{ м}^3$

$\omega(HCl) = 0,1$ (безразмерная величина)

$\rho(р-ра\;HCl) = 1,05 \text{ г/см}^3 = 1050 \text{ кг/м}^3$

Найти:

$\omega(соли) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции алюминия с соляной кислотой. При взаимодействии образуется соль хлорид алюминия ($AlCl_3$) и выделяется газообразный водород ($H_2$).

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

2. Рассчитаем молярные массы веществ, участвующих в реакции:

$M(Al) = 27 \text{ г/моль}$

$M(HCl) = 1 + 35,5 = 36,5 \text{ г/моль}$

$M(AlCl_3) = 27 + 3 \cdot 35,5 = 133,5 \text{ г/моль}$

$M(H_2) = 2 \cdot 1 = 2 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества (в молях) исходных реагентов.

Количество вещества алюминия:

$n(Al) = \frac{m(Al)}{M(Al)} = \frac{10,8 \text{ г}}{27 \text{ г/моль}} = 0,4 \text{ моль}$

Для соляной кислоты сначала найдем массу раствора, а затем массу чистого вещества.

Масса раствора соляной кислоты:

$m(р-ра\;HCl) = V(р-ра\;HCl) \cdot \rho(р-ра\;HCl) = 800 \text{ мл} \cdot 1,05 \text{ г/мл} = 840 \text{ г}$

Масса чистой соляной кислоты в растворе:

$m(HCl) = m(р-ра\;HCl) \cdot \omega(HCl) = 840 \text{ г} \cdot 0,10 = 84 \text{ г}$

Количество вещества соляной кислоты:

$n(HCl) = \frac{m(HCl)}{M(HCl)} = \frac{84 \text{ г}}{36,5 \text{ г/моль}} \approx 2,3 \text{ моль}$

4. Определим, какой из реагентов находится в недостатке (лимитирующий реагент). Согласно уравнению реакции, на 2 моль алюминия требуется 6 моль соляной кислоты, то есть их мольное соотношение равно $2:6$ или $1:3$.

Рассчитаем, сколько моль HCl необходимо для реакции с 0,4 моль Al:

$n_{требуемое}(HCl) = 3 \cdot n(Al) = 3 \cdot 0,4 \text{ моль} = 1,2 \text{ моль}$

Поскольку у нас есть 2,3 моль HCl, а требуется всего 1,2 моль, соляная кислота находится в избытке. Расчет продуктов реакции будем вести по недостатку, то есть по алюминию.

5. Рассчитаем массу образовавшейся соли ($AlCl_3$) и выделившегося водорода ($H_2$).

Из уравнения реакции следует, что $n(AlCl_3) = n(Al)$.

$n(AlCl_3) = 0,4 \text{ моль}$

Масса образовавшейся соли:

$m(AlCl_3) = n(AlCl_3) \cdot M(AlCl_3) = 0,4 \text{ моль} \cdot 133,5 \text{ г/моль} = 53,4 \text{ г}$

Из уравнения реакции следует, что $n(H_2) = \frac{3}{2} n(Al)$.

$n(H_2) = \frac{3}{2} \cdot 0,4 \text{ моль} = 0,6 \text{ моль}$

Масса выделившегося водорода:

$m(H_2) = n(H_2) \cdot M(H_2) = 0,6 \text{ моль} \cdot 2 \text{ г/моль} = 1,2 \text{ г}$

6. Найдем массу конечного раствора. Она складывается из массы исходного раствора кислоты и массы растворившегося алюминия, за вычетом массы улетучившегося водорода.

$m_{конечн.р-ра} = m(р-ра\;HCl) + m(Al) - m(H_2)$

$m_{конечн.р-ра} = 840 \text{ г} + 10,8 \text{ г} - 1,2 \text{ г} = 849,6 \text{ г}$

7. Определим массовую долю (концентрацию) соли в конечном растворе по формуле:

$\omega(соли) = \frac{m(соли)}{m_{конечн.р-ра}} \cdot 100\%$

$\omega(AlCl_3) = \frac{53,4 \text{ г}}{849,6 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 6,285\%$

Округляя до десятых, получаем 6,3%. Ответ, указанный в условии (6%), является результатом округления до целого числа.

Ответ: Концентрация образовавшейся соли составляет примерно 6,3%.