Номер 1.3, страница 38, часть II - гдз по химии 8-9 класс задачник с помощником Гара, Габрусева

1.3. Вычислите массы серной кислоты и цинка, необходимых для получения $1\text{ м}^3$ водорода (н. у.) в результате реакции замещения.

Дано:

Объем водорода $V(H_2) = 1 \ м^3$

Условия: нормальные (н. у.), что соответствует молярному объему газа $V_m = 22.4 \ л/моль$

Перевод в СИ:

$V_m = 22.4 \ л/моль = 0.0224 \ м^3/моль$

Найти:

Массу цинка $m(Zn)$ — ?

Массу серной кислоты $m(H_2SO_4)$ — ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции замещения, в результате которой цинк взаимодействует с серной кислотой с образованием сульфата цинка и водорода:

$Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2 \uparrow$

Уравнение реакции сбалансировано. Согласно стехиометрическим коэффициентам, 1 моль цинка реагирует с 1 моль серной кислоты, образуя 1 моль водорода. Таким образом, соотношение количеств веществ следующее:

$n(Zn) : n(H_2SO_4) : n(H_2) = 1 : 1 : 1$

2. Рассчитаем количество вещества (число молей) водорода объемом $1 \ м^3$ при нормальных условиях. Для этого используем формулу, связывающую количество вещества газа с его объемом:

$n = \frac{V}{V_m}$

Подставим известные значения:

$n(H_2) = \frac{1 \ м^3}{0.0224 \ м^3/моль} \approx 44.643 \ моль$

3. Исходя из стехиометрического соотношения (1:1:1), количество вещества цинка и серной кислоты, необходимых для реакции, равно количеству вещества полученного водорода:

$n(Zn) = n(H_2) \approx 44.643 \ моль$

$n(H_2SO_4) = n(H_2) \approx 44.643 \ моль$

4. Вычислим молярные массы цинка и серной кислоты, используя относительные атомные массы из периодической таблицы химических элементов.

Молярная масса цинка ($Zn$):

$M(Zn) \approx 65.4 \ г/моль = 0.0654 \ кг/моль$

Молярная масса серной кислоты ($H_2SO_4$):

$M(H_2SO_4) = 2 \cdot M(H) + M(S) + 4 \cdot M(O) = 2 \cdot 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 98 \ г/моль = 0.098 \ кг/моль$

5. Теперь найдем массы реагентов по формуле $m = n \cdot M$.

Масса необходимого цинка:

$m(Zn) = n(Zn) \cdot M(Zn) \approx 44.643 \ моль \cdot 0.0654 \ кг/моль \approx 2.92 \ кг$

Масса необходимой серной кислоты:

$m(H_2SO_4) = n(H_2SO_4) \cdot M(H_2SO_4) \approx 44.643 \ моль \cdot 0.098 \ кг/моль \approx 4.375 \ кг$

Ответ: для получения 1 м³ водорода необходимо взять 2.92 кг цинка и 4.375 кг серной кислоты.