Номер C, страница 137 - гдз по химии 9 класс учебник Усманова, Сакарьянова

C

1. Найдите массу хлорида натрия, необходимого для получения 70 л хлороводорода (н. у.). Какой объем 80%-го раствора серной кислоты ($\rho= 1,73 \text{ г/мл}$) потребуется для этой реакции?

Ответ: 182,8 г; 110,64 мл.

2. Рассчитайте объем водяных паров, необходимых для образования водорода, используемого для синтеза 30 м³ хлороводорода.

Ответ: 15 м³ $\text{H}_2\text{O}.$

1. Дано:

$V(HCl) = 70 \text{ л}$ (н. у.)

$w(H_2SO_4) = 80\% = 0.8$

$\rho_{р-ра}(H_2SO_4) = 1.73 \text{ г/мл}$

Найти:

$m(NaCl)$ - ?

$V_{р-ра}(H_2SO_4)$ - ?

Решение:

Для решения задачи запишем уравнение реакции получения хлороводорода из хлорида натрия и концентрированной серной кислоты при нагревании:

$2NaCl + H_2SO_4 \xrightarrow{t} Na_2SO_4 + 2HCl\uparrow$

Найдем количество вещества (моль) хлороводорода, полученного в ходе реакции. Так как газ находится при нормальных условиях (н. у.), используем молярный объем газов $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$:

$n(HCl) = \frac{V(HCl)}{V_m} = \frac{70 \text{ л}}{22.4 \text{ л/моль}} = 3.125 \text{ моль}$

По уравнению реакции, мольное соотношение хлорида натрия и хлороводорода составляет 2:2, или 1:1. Следовательно, количество вещества хлорида натрия равно количеству вещества хлороводорода:

$n(NaCl) = n(HCl) = 3.125 \text{ моль}$

Вычислим массу хлорида натрия. Молярная масса $NaCl$ равна $M(NaCl) = 23 + 35.5 = 58.5 \text{ г/моль}$.

$m(NaCl) = n(NaCl) \cdot M(NaCl) = 3.125 \text{ моль} \cdot 58.5 \text{ г/моль} = 182.8125 \text{ г} \approx 182.8 \text{ г}$

Теперь рассчитаем объем раствора серной кислоты. По уравнению реакции, мольное соотношение серной кислоты и хлороводорода составляет 1:2:

$n(H_2SO_4) = \frac{1}{2} n(HCl) = \frac{1}{2} \cdot 3.125 \text{ моль} = 1.5625 \text{ моль}$

Вычислим массу чистой серной кислоты. Молярная масса $H_2SO_4$ равна $M(H_2SO_4) = 2 \cdot 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 98 \text{ г/моль}$.

$m(H_2SO_4) = n(H_2SO_4) \cdot M(H_2SO_4) = 1.5625 \text{ моль} \cdot 98 \text{ г/моль} = 153.125 \text{ г}$

Найдем массу 80%-го раствора серной кислоты:

$m_{р-ра}(H_2SO_4) = \frac{m(H_2SO_4)}{w(H_2SO_4)} = \frac{153.125 \text{ г}}{0.8} = 191.40625 \text{ г}$

Используя плотность, найдем объем раствора серной кислоты:

$V_{р-ра}(H_2SO_4) = \frac{m_{р-ра}(H_2SO_4)}{\rho_{р-ра}} = \frac{191.40625 \text{ г}}{1.73 \text{ г/мл}} \approx 110.64 \text{ мл}$

Ответ: масса хлорида натрия 182,8 г; объем раствора серной кислоты 110,64 мл.

2. Дано:

$V(HCl) = 30 \text{ м³}$

Найти:

$V(H_2O)$ - ?

Решение:

Процесс состоит из двух стадий: синтез хлороводорода и получение для этого водорода из водяных паров.

1. Синтез хлороводорода из водорода и хлора:

$H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl$

Согласно закону объемных отношений для газов, объемы участвующих в реакции газов относятся как их стехиометрические коэффициенты. Из уравнения видно, что для получения 2 объемов $HCl$ требуется 1 объем $H_2$. Следовательно, для получения 30 м³ $HCl$ потребуется:

$V(H_2) = \frac{V(HCl)}{2} = \frac{30 \text{ м³}}{2} = 15 \text{ м³}$

2. Получение водорода из водяных паров. Хотя реакция не уточнена, в большинстве распространенных методов (например, паровая конверсия угля $C + H_2O \rightarrow CO + H_2$ или разложение воды) объемное соотношение водяного пара и получаемого водорода составляет 1:1.

Возьмем, к примеру, реакцию конверсии угля:

$C_{(тв)} + H_2O_{(г)} \xrightarrow{t} CO_{(г)} + H_2{(г)}$

По этому уравнению, из 1 объема водяного пара образуется 1 объем водорода. Таким образом, для получения 15 м³ водорода необходим такой же объем водяных паров.

$V(H_2O) = V(H_2) = 15 \text{ м³}$

Ответ: 15 м³.