Номер 5, страница 102 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Подумайте, ответьте, выполните.... Параграф 22. Химические источники тока. Глава V. Электрохимические реакции - номер 5, страница 102.

Условие.

5. Смесь массой 6 г, состоящую из меди и алюминия, обработали избытком соляной кислоты. При этом выделилось 2,8 л водорода (н. у.). Вычислите массовую долю каждого металла в смеси.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(смеси~Cu + Al) = 6$ г
$V(H_2) = 2.8$ л (н. у.)

$m(смеси) = 6 \cdot 10^{-3}$ кг
$V(H_2) = 2.8 \cdot 10^{-3}$ м³

Найти:

$\omega(Al)$ - ?
$\omega(Cu)$ - ?

Решение:

Смесь состоит из меди и алюминия. При обработке этой смеси избытком соляной кислоты ($HCl$) в реакцию вступает только алюминий, так как медь находится в ряду электрохимической активности металлов после водорода и не вытесняет его из кислот-неокислителей. Поскольку соляная кислота дана в избытке, весь алюминий из смеси прореагирует полностью.

Уравнение химической реакции, которая протекает:

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

1. Вычислим количество вещества (число моль) выделившегося водорода. Объем газа дан при нормальных условиях (н. у.), поэтому для расчета используем молярный объем газов, который составляет $V_m = 22.4$ л/моль.

$n(H_2) = \frac{V(H_2)}{V_m} = \frac{2.8~\text{л}}{22.4~\text{л/моль}} = 0.125~\text{моль}$

2. Используя уравнение реакции, определим количество вещества алюминия, которое вступило в реакцию. Согласно стехиометрическим коэффициентам в уравнении, соотношение количеств вещества алюминия и водорода составляет 2:3.

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

Выразим отсюда количество вещества алюминия:

$n(Al) = \frac{2}{3} \cdot n(H_2) = \frac{2}{3} \cdot 0.125~\text{моль} = \frac{0.25}{3}~\text{моль} \approx 0.0833~\text{моль}$

3. Зная количество вещества алюминия, вычислим его массу. Молярная масса алюминия $M(Al) = 27$ г/моль.

$m(Al) = n(Al) \cdot M(Al) = \frac{0.25}{3}~\text{моль} \cdot 27~\text{г/моль} = 0.25 \cdot 9~\text{г} = 2.25~\text{г}$

4. Теперь можно определить массу меди в исходной смеси, вычитая массу алюминия из общей массы смеси.

$m(Cu) = m(смеси) - m(Al) = 6~\text{г} - 2.25~\text{г} = 3.75~\text{г}$

5. Наконец, вычислим массовые доли каждого металла в смеси. Массовая доля вещества в смеси — это отношение массы этого вещества к общей массе смеси, выраженное в долях единицы или в процентах.

Массовая доля алюминия:

$\omega(Al) = \frac{m(Al)}{m(смеси)} \cdot 100\% = \frac{2.25~\text{г}}{6~\text{г}} \cdot 100\% = 0.375 \cdot 100\% = 37.5\%$

Массовая доля меди:

$\omega(Cu) = \frac{m(Cu)}{m(смеси)} \cdot 100\% = \frac{3.75~\text{г}}{6~\text{г}} \cdot 100\% = 0.625 \cdot 100\% = 62.5\%$

Проверка: $37.5\% + 62.5\% = 100\%$. Расчеты верны.

Ответ: массовая доля алюминия в смеси составляет 37,5%, а массовая доля меди – 62,5%.