Номер 2, страница 128 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

2. В лаборатории водород можно получить, как вы знаете, взаимодействием щелочного или щелочноземельного металла с водой, а также по реакции:

$2Al + 2NaOH + 6H_2O = 2Na[Al(OH)_4] + 3H_2$.

В каком случае объём водорода наибольший, если для получения водорода используются одинаковые количества веществ металлов?

Дано:

$n(\text{щелочного металла}) = n(\text{щёлочноземельного металла}) = n(Al) = x \text{ моль}$

Найти:

В каком случае объём выделившегося водорода ($V(H_2)$) будет наибольшим?

Решение:

Для решения задачи необходимо сравнить количество вещества водорода ($n(H_2)$), которое выделяется в каждом из трёх случаев из одинакового количества вещества ($x \text{ моль}$) металла. Согласно закону Авогадро, при одинаковых условиях (температуре и давлении) объём газа прямо пропорционален его количеству вещества ($V=n \cdot V_m$), поэтому наибольшему объёму будет соответствовать наибольшее количество вещества.

Рассмотрим три способа получения водорода:

1. Взаимодействие щелочного металла с водой

В качестве примера щелочного металла возьмём натрий ($Na$). Реакция протекает по уравнению:

$2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2 \uparrow$

По уравнению реакции, из 2 моль натрия образуется 1 моль водорода. Соотношение количеств веществ:

$n(Na) : n(H_2) = 2 : 1$

Следовательно, из $x$ моль натрия образуется $n_1(H_2)$ водорода:

$n_1(H_2) = \frac{1}{2} n(Na) = \frac{x}{2} = 0.5x \text{ моль}$

2. Взаимодействие щёлочноземельного металла с водой

В качестве примера щёлочноземельного металла возьмём кальций ($Ca$). Реакция протекает по уравнению:

$Ca + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + H_2 \uparrow$

По уравнению реакции, из 1 моль кальция образуется 1 моль водорода. Соотношение количеств веществ:

$n(Ca) : n(H_2) = 1 : 1$

Следовательно, из $x$ моль кальция образуется $n_2(H_2)$ водорода:

$n_2(H_2) = n(Ca) = x \text{ моль}$

3. Взаимодействие алюминия с раствором щёлочи

Уравнение реакции дано в условии задачи:

$2Al + 2NaOH + 6H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4] + 3H_2 \uparrow$

По уравнению реакции, из 2 моль алюминия образуется 3 моль водорода. Соотношение количеств веществ:

$n(Al) : n(H_2) = 2 : 3$

Следовательно, из $x$ моль алюминия образуется $n_3(H_2)$ водорода:

$n_3(H_2) = \frac{3}{2} n(Al) = \frac{3x}{2} = 1.5x \text{ моль}$

Сравнив полученные количества вещества водорода для каждого случая:

$n_3(H_2) (1.5x \text{ моль}) > n_2(H_2) (x \text{ моль}) > n_1(H_2) (0.5x \text{ моль})$

Наибольшее количество вещества водорода, а значит и наибольший объём, выделяется в третьем случае.

Ответ:

Наибольший объём водорода получится при взаимодействии алюминия с раствором щёлочи, так как из одного моль металла в этом случае выделяется 1.5 моль водорода, что больше, чем в случае со щёлочноземельным металлом (1 моль $H_2$ на 1 моль металла) и щелочным металлом (0.5 моль $H_2$ на 1 моль металла).