Номер 3.17, страница 56, часть II - гдз по химии 8-9 класс задачник с помощником Гара, Габрусева

3.17. Вычислите объем (н. у.) и массу водорода, выделяющегося при растворении цинка в 300 г 49%-ного раствора серной кислоты.

Дано:

Масса раствора серной кислоты $m_{p-pa}(H_2SO_4) = 300 \text{ г}$
Массовая доля серной кислоты $\omega(H_2SO_4) = 49\%$

Найти:

Объем водорода $V(H_2)$ (н.у.) - ?
Массу водорода $m(H_2)$ - ?

Решение:

1. Запишем уравнение химической реакции растворения цинка в серной кислоте:

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

Из уравнения видно, что цинк и серная кислота реагируют в мольном соотношении 1:1, и при этом на 1 моль кислоты выделяется 1 моль водорода. Предполагается, что цинк взят в количестве, достаточном для полной реакции с кислотой (т.е. кислота является лимитирующим реагентом).

2. Рассчитаем массу чистой серной кислоты ($H_2SO_4$), содержащейся в растворе. Для этого массовую долю переведем из процентов в доли единицы: $49\% = 0.49$.

$m(H_2SO_4) = m_{p-pa}(H_2SO_4) \cdot \omega(H_2SO_4)$

$m(H_2SO_4) = 300 \text{ г} \cdot 0.49 = 147 \text{ г}$

3. Определим количество вещества (моль) серной кислоты. Для этого сначала вычислим ее молярную массу, используя округленные значения относительных атомных масс: $A_r(H) = 1$, $A_r(S) = 32$, $A_r(O) = 16$.

$M(H_2SO_4) = 2 \cdot A_r(H) + A_r(S) + 4 \cdot A_r(O) = 2 \cdot 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 98 \text{ г/моль}$

Теперь найдем количество вещества серной кислоты:

$n(H_2SO_4) = \frac{m(H_2SO_4)}{M(H_2SO_4)} = \frac{147 \text{ г}}{98 \text{ г/моль}} = 1.5 \text{ моль}$

4. Согласно стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции, количество вещества выделившегося водорода равно количеству вещества серной кислоты, вступившей в реакцию:

$n(H_2) = n(H_2SO_4) = 1.5 \text{ моль}$

5. Вычислим массу выделившегося водорода ($H_2$). Молярная масса молекулярного водорода $M(H_2) = 2 \cdot A_r(H) = 2 \cdot 1 = 2 \text{ г/моль}$.

$m(H_2) = n(H_2) \cdot M(H_2) = 1.5 \text{ моль} \cdot 2 \text{ г/моль} = 3 \text{ г}$

6. Рассчитаем объем водорода при нормальных условиях (н. у.). Молярный объем любого газа при н. у. является постоянной величиной и составляет $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$.

$V(H_2) = n(H_2) \cdot V_m = 1.5 \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ л/моль} = 33.6 \text{ л}$

Ответ: масса выделившегося водорода $m(H_2) = 3 \text{ г}$; объем водорода (н. у.) $V(H_2) = 33.6 \text{ л}$.