Номер 7, страница 67 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

7. Какой объём хлора (н. у.) можно получить из 100 мл 25%-ной соляной кислоты ($\rho = 1,12 \text{ г/мл}$) в результате реакции с двумя окислителями — перманганатом калия и оксидом марганца(IV)? Совпали ли полученные значения?

Дано:

$V_{\text{р-ра}}(\text{HCl}) = 100 \text{ мл}$

$\omega(\text{HCl}) = 25\%$

$\rho_{\text{р-ра}}(\text{HCl}) = 1.12 \text{ г/мл}$

Перевод в СИ:

$V_{\text{р-ра}}(\text{HCl}) = 100 \times 10^{-6} \text{ м}^3 = 10^{-4} \text{ м}^3$

$\rho_{\text{р-ра}}(\text{HCl}) = 1.12 \frac{\text{г}}{\text{мл}} = 1.12 \times \frac{10^{-3} \text{кг}}{10^{-6} \text{м}^3} = 1120 \frac{\text{кг}}{\text{м}^3}$

Найти:

$V(\text{Cl}_2)_1$ (с $KMnO_4$) - ?

$V(\text{Cl}_2)_2$ (с $MnO_2$) - ?

Решение:

1. Найдем массу 100 мл раствора соляной кислоты:

$m_{\text{р-ра}}(\text{HCl}) = \rho_{\text{р-ра}} \times V_{\text{р-ра}} = 1.12 \text{ г/мл} \times 100 \text{ мл} = 112 \text{ г}$

2. Найдем массу чистого хлороводорода (HCl) в этом растворе:

$m(\text{HCl}) = m_{\text{р-ра}} \times \omega(\text{HCl}) = 112 \text{ г} \times 0.25 = 28 \text{ г}$

3. Рассчитаем количество вещества хлороводорода. Молярная масса HCl составляет $M(\text{HCl}) \approx 36.5 \text{ г/моль}$:

$n(\text{HCl}) = \frac{m(\text{HCl})}{M(\text{HCl})} = \frac{28 \text{ г}}{36.5 \text{ г/моль}} \approx 0.7671 \text{ моль}$

Далее рассчитаем объем хлора для каждого из двух окислителей.

Перманганат калия

1. Запишем уравнение реакции соляной кислоты с перманганатом калия:

$2\text{KMnO}_4 + 16\text{HCl} \rightarrow 2\text{KCl} + 2\text{MnCl}_2 + 5\text{Cl}_2\uparrow + 8\text{H}_2\text{O}$

2. Согласно уравнению реакции, из 16 моль HCl образуется 5 моль $Cl_2$. Найдем количество вещества хлора, которое можно получить из 0.7671 моль HCl:

$n_1(\text{Cl}_2) = n(\text{HCl}) \times \frac{5}{16} = 0.7671 \text{ моль} \times \frac{5}{16} \approx 0.2397 \text{ моль}$

3. Найдем объем хлора при нормальных условиях (н.у.), используя молярный объем газа $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$:

$V_1(\text{Cl}_2) = n_1(\text{Cl}_2) \times V_m = 0.2397 \text{ моль} \times 22.4 \text{ л/моль} \approx 5.37 \text{ л}$

Ответ: в результате реакции с перманганатом калия можно получить 5.37 л хлора.

Оксид марганца(IV)

1. Запишем уравнение реакции соляной кислоты с оксидом марганца(IV):

$4\text{HCl} + \text{MnO}_2 \rightarrow \text{MnCl}_2 + \text{Cl}_2\uparrow + 2\text{H}_2\text{O}$

2. Согласно уравнению реакции, из 4 моль HCl образуется 1 моль $Cl_2$. Найдем количество вещества хлора:

$n_2(\text{Cl}_2) = n(\text{HCl}) \times \frac{1}{4} = 0.7671 \text{ моль} \times \frac{1}{4} \approx 0.1918 \text{ моль}$

3. Найдем объем хлора при нормальных условиях:

$V_2(\text{Cl}_2) = n_2(\text{Cl}_2) \times V_m = 0.1918 \text{ моль} \times 22.4 \text{ л/моль} \approx 4.30 \text{ л}$

Ответ: в результате реакции с оксидом марганца(IV) можно получить 4.30 л хлора.

Совпали ли полученные значения?

Полученные значения объемов хлора не совпали: $5.37 \text{ л} \neq 4.30 \text{ л}$. Это объясняется тем, что стехиометрические коэффициенты в уравнениях реакций различны. В реакции с перманганатом калия на образование 1 моль хлора расходуется $\frac{16}{5} = 3.2$ моль HCl, а в реакции с оксидом марганца(IV) — 4 моль HCl. Поскольку в первом случае на единицу продукта расходуется меньше реагента (HCl), то из одинакового исходного количества соляной кислоты образуется больший объем хлора.