Номер 7, страница 132 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Подумайте, ответьте, выполните.... Параграф 27. Обзор металлических элементов А-групп. Глава VI. Металлы - номер 7, страница 132.

Условие.

7. Напишите уравнение реакции, происходящей между алюминием и соляной кислотой. Расставьте коэффициенты методом электронного баланса. Вычислите объём выделившегося газа (н. у.) и массу соли, полученной в реакции, если использовали 5,4 г металла и 21 г кислоты.

Решение.

Решение 2.

Напишите уравнение реакции, происходящей между алюминием и соляной кислотой. Расставьте коэффициенты методом электронного баланса.

Реакция между алюминием (Al) и соляной кислотой (HCl) является реакцией замещения. Алюминий, как более активный металл, вытесняет водород из кислоты. Продуктами реакции являются хлорид алюминия ($AlCl_3$) и газообразный водород ($H_2$).

Схема реакции: $Al + HCl \rightarrow AlCl_3 + H_2$

Для расстановки коэффициентов применим метод электронного баланса. Сначала определим степени окисления элементов в реагентах и продуктах:

$Al^0 + H^{+1}Cl^{-1} \rightarrow Al^{+3}(Cl^{-1})_3 + H_2^0$

Элементы, изменившие свою степень окисления, — это алюминий и водород. Составим полуреакции окисления и восстановления:

$Al^0 - 3e^- \rightarrow Al^{+3}$ | 2 | Процесс окисления, Al - восстановитель
$2H^{+1} + 2e^- \rightarrow H_2^0$ | 3 | Процесс восстановления, $H^{+1}$ - окислитель

Число электронов, отданных в процессе окисления, должно быть равно числу электронов, принятых в процессе восстановления. Находим наименьшее общее кратное для чисел 3 и 2, оно равно 6. Таким образом, домножаем первую полуреакцию на 2, а вторую — на 3. Эти числа являются коэффициентами для соответствующих веществ в уравнении реакции.

Итоговое сбалансированное уравнение реакции:

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

Ответ: $2Al + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2$.

Вычислите объём выделившегося газа (н. у.) и массу соли, полученной в реакции, если использовали 5,4 г металла и 21 г кислоты.

Дано:

$m(Al) = 5.4 \text{ г}$
$m(HCl) = 21 \text{ г}$

Найти:

$V(H_2) - ?$
$m(AlCl_3) - ?$

Решение:

1. Найдём молярные массы веществ, участвующих в расчетах:
$M(Al) = 27 \text{ г/моль}$
$M(HCl) = 1 + 35.5 = 36.5 \text{ г/моль}$
$M(AlCl_3) = 27 + 3 \times 35.5 = 133.5 \text{ г/моль}$

2. Определим количество вещества (в молях) для каждого из реагентов:
$\nu(Al) = \frac{m(Al)}{M(Al)} = \frac{5.4 \text{ г}}{27 \text{ г/моль}} = 0.2 \text{ моль}$
$\nu(HCl) = \frac{m(HCl)}{M(HCl)} = \frac{21 \text{ г}}{36.5 \text{ г/моль}} \approx 0.5753 \text{ моль}$

3. Определим, какой из реагентов находится в недостатке (лимитирующий реагент), так как по нему будет вестись дальнейший расчет. Согласно уравнению реакции $2Al + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2$, реагенты вступают в реакцию в мольном соотношении $2:6$ или $1:3$.
Рассчитаем, какое количество HCl теоретически необходимо для реакции с $0.2 \text{ моль}$ Al:
$\nu_{теор}(HCl) = 3 \times \nu(Al) = 3 \times 0.2 \text{ моль} = 0.6 \text{ моль}$
Поскольку в наличии имеется только $0.5753 \text{ моль}$ HCl, что меньше, чем требуется ($0.5753 < 0.6$), соляная кислота находится в недостатке и является лимитирующим реагентом. Алюминий находится в избытке.

4. Рассчитаем количество вещества продуктов реакции по лимитирующему реагенту (HCl):
Из уравнения реакции следует, что из $6 \text{ моль}$ HCl образуется $3 \text{ моль } H_2$ и $2 \text{ моль } AlCl_3$.
$\nu(H_2) = \nu(HCl) \times \frac{3}{6} = 0.5753 \text{ моль} \times 0.5 \approx 0.2877 \text{ моль}$
$\nu(AlCl_3) = \nu(HCl) \times \frac{2}{6} = 0.5753 \text{ моль} \times \frac{1}{3} \approx 0.1918 \text{ моль}$

5. Вычислим объем выделившегося водорода при нормальных условиях (н. у.). Молярный объем газа при н. у. составляет $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$.
$V(H_2) = \nu(H_2) \times V_m = 0.2877 \text{ моль} \times 22.4 \text{ л/моль} \approx 6.44 \text{ л}$

6. Вычислим массу образовавшейся соли (хлорида алюминия):
$m(AlCl_3) = \nu(AlCl_3) \times M(AlCl_3) = 0.1918 \text{ моль} \times 133.5 \text{ г/моль} \approx 25.6 \text{ г}$

7. Округлим результаты в соответствии с точностью исходных данных (две значащие цифры):
$V(H_2) \approx 6.4 \text{ л}$
$m(AlCl_3) \approx 26 \text{ г}$

Ответ: объём выделившегося газа (водорода) составляет примерно $6.4 \text{ л}$, масса полученной соли (хлорида алюминия) — примерно $26 \text{ г}$.