Номер 3.18, страница 56, часть II - гдз по химии 8-9 класс задачник с помощником Гара, Габрусева

3.18. Вычислите объем (н. у.) и количество вещества водорода, который может быть получен при взаимодействии 400 г $4,9\%$-ной серной кислоты с магнием.

Дано

$m_{р-ра}(H_2SO_4) = 0,4 \text{ кг}$

$\omega(H_2SO_4) = 0,049$

Найти:

$V(H_2) - ?$

$n(H_2) - ?$

Решение

1. Составим уравнение химической реакции взаимодействия магния с разбавленной серной кислотой. Магний является активным металлом и вытесняет водород из кислоты с образованием соли (сульфата магния) и газообразного водорода:

$Mg + H_2SO_4 \rightarrow MgSO_4 + H_2 \uparrow$

Из условия следует, что магний взят в количестве, достаточном для полной реакции с кислотой, поэтому серная кислота является лимитирующим реагентом. Все расчеты будем производить на основе количества серной кислоты.

2. Найдем массу чистой серной кислоты ($H_2SO_4$), содержащейся в 400 г 4,9%-го раствора. Для этого используем формулу для массовой доли вещества в растворе:

$m(H_2SO_4) = m_{р-ра}(H_2SO_4) \times \omega(H_2SO_4)$

Для удобства расчетов переведем массу раствора из килограммов в граммы: $0,4 \text{ кг} = 400 \text{ г}$.

$m(H_2SO_4) = 400 \text{ г} \times 0,049 = 19,6 \text{ г}$

3. Рассчитаем молярную массу серной кислоты ($M(H_2SO_4)$), используя периодическую систему химических элементов Д. И. Менделеева. Атомные массы элементов: $Ar(H) \approx 1$, $Ar(S) \approx 32$, $Ar(O) \approx 16$.

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

4. Определим количество вещества (число моль) серной кислоты, которое вступило в реакцию:

$n = \frac{m}{M}$

$n(H_2SO_4) = \frac{19,6 \text{ г}}{98 \text{ г/моль}} = 0,2 \text{ моль}$

5. По уравнению реакции найдем количество вещества водорода ($H_2$), выделившегося в результате реакции. Согласно стехиометрическим коэффициентам в уравнении, из 1 моль серной кислоты образуется 1 моль водорода. Следовательно, их количества вещества равны:

$n(H_2) = n(H_2SO_4) = 0,2 \text{ моль}$

Таким образом, мы нашли одну из искомых величин — количество вещества водорода.

6. Теперь вычислим объем водорода, который займет это количество вещества при нормальных условиях (н. у.). Нормальные условия (температура 0°C и давление 101,325 кПа) предполагают, что молярный объем любого идеального газа ($V_m$) равен 22,4 л/моль.

$V = n \times V_m$

$V(H_2) = 0,2 \text{ моль} \times 22,4 \text{ л/моль} = 4,48 \text{ л}$

Это вторая искомая величина — объем водорода.

Ответ: количество вещества водорода $n(H_2) = 0,2 \text{ моль}$; объем водорода при нормальных условиях $V(H_2) = 4,48 \text{ л}$.