Номер 5, страница 128 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

5. В стеклянном толстостенном сосуде (эвдиометре) взорвали смесь 4 мл водорода и 3 мл кислорода. Найдите массу продукта реакции и объём непрореагировавшего газа.

Дано:

$V(\text{H}_2) = 4 \text{ мл}$

$V(\text{O}_2) = 3 \text{ мл}$

Для расчета массы предполагаем нормальные условия (н.у.):

Молярный объем газа $V_m = 22.4 \text{ л/моль} = 22400 \text{ мл/моль}$

Перевод объемов в СИ (для справки):

$V(\text{H}_2) = 4 \times 10^{-6} \text{ м}^3$

$V(\text{O}_2) = 3 \times 10^{-6} \text{ м}^3$

Найти:

$m(\text{продукта}) - ?$

$V(\text{непрореагировавшего газа}) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции синтеза воды из водорода и кислорода:

$2\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}$

2. Согласно закону объемных отношений Гей-Люссака, объемы реагирующих газов относятся как их стехиометрические коэффициенты. Из уравнения следует, что 2 объема водорода реагируют с 1 объемом кислорода.

3. Определим, какой из реагентов является лимитирующим. Для реакции с 4 мл водорода теоретически необходимо:

$V(\text{O}_2)_{\text{необх}} = \frac{1}{2} V(\text{H}_2) = \frac{1}{2} \times 4 \text{ мл} = 2 \text{ мл}$

По условию имеется 3 мл кислорода, что больше необходимого количества ($3 \text{ мл} > 2 \text{ мл}$). Это означает, что кислород находится в избытке, а водород прореагирует полностью и является лимитирующим реагентом. Все дальнейшие расчеты продукта реакции ведутся по водороду.

Объём непрореагировавшего газа

Непрореагировавшим газом является избыточный кислород. Его объем равен разности исходного и прореагировавшего объемов:

$V(\text{O}_2)_{\text{ост}} = V(\text{O}_2)_{\text{исх}} - V(\text{O}_2)_{\text{необх}} = 3 \text{ мл} - 2 \text{ мл} = 1 \text{ мл}$

Ответ: объём непрореагировавшего газа (кислорода) составляет 1 мл.

Масса продукта реакции

Продуктом реакции является вода ($H_2O$). Её массу рассчитываем по количеству лимитирующего реагента — водорода. Сначала найдем количество вещества (моль) водорода объемом 4 мл при нормальных условиях ($V_m = 22400 \text{ мл/моль}$).

$n(\text{H}_2) = \frac{V(\text{H}_2)}{V_m} = \frac{4 \text{ мл}}{22400 \text{ мл/моль}} = \frac{1}{5600} \text{ моль}$

По уравнению реакции, из 2 моль $H_2$ образуется 2 моль $H_2O$, следовательно, их количества вещества равны:

$n(\text{H}_2\text{O}) = n(\text{H}_2) = \frac{1}{5600} \text{ моль}$

Молярная масса воды $M(\text{H}_2\text{O}) \approx 18 \text{ г/моль}$.

Теперь вычислим массу образовавшейся воды:

$m(\text{H}_2\text{O}) = n(\text{H}_2\text{O}) \times M(\text{H}_2\text{O}) = \frac{1}{5600} \text{ моль} \times 18 \text{ г/моль} = \frac{18}{5600} \text{ г} = \frac{9}{2800} \text{ г}$

$m(\text{H}_2\text{O}) \approx 0.003214 \text{ г}$

Переведем массу в миллиграммы для удобства: $0.003214 \text{ г} = 3.214 \text{ мг}$. Округлим результат до сотых.

Ответ: масса продукта реакции (воды) составляет примерно 3.21 мг.