Номер 5, страница 127 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

5. Какой объём водорода (н. у.) образуется при взаимодействии 96 г кремния, содержащего 5 % примесей, с избытком раствора гидроксида натрия? Какое количество вещества гидроксида натрия потребуется для реакции?

Дано:

$m_{обр}(Si) = 96 \text{ г}$

$\omega(примесей) = 5\% = 0.05$

Раствор $NaOH$ взят в избытке.

Найти:

$V(H_2)_{н.у.} - ?$

$n(NaOH) - ?$

Решение:

1. В первую очередь определим массу чистого кремния ($Si$) в образце, который будет участвовать в реакции. Массовая доля примесей составляет 5%, следовательно, массовая доля чистого кремния:

$\omega(Si) = 100\% - 5\% = 95\% = 0.95$

Теперь вычислим массу чистого кремния:

$m(Si) = m_{обр}(Si) \times \omega(Si) = 96 \text{ г} \times 0.95 = 91.2 \text{ г}$

2. Запишем уравнение химической реакции взаимодействия кремния с водным раствором гидроксида натрия. Кремний, как амфотерный элемент, реагирует со щелочами с образованием силиката и выделением водорода:

$Si + 2NaOH + H_2O \rightarrow Na_2SiO_3 + 2H_2\uparrow$

3. Рассчитаем количество вещества (в молях) кремния, вступившего в реакцию. Молярная масса кремния $M(Si) \approx 28 \text{ г/моль}$.

$n(Si) = \frac{m(Si)}{M(Si)} = \frac{91.2 \text{ г}}{28 \text{ г/моль}} \approx 3.2571 \text{ моль}$

4. Используя стехиометрические коэффициенты из уравнения реакции, найдём искомые величины.

Какой объём водорода (н. у.) образуется

По уравнению реакции, из 1 моль $Si$ образуется 2 моль $H_2$. Следовательно, количество вещества водорода будет в два раза больше количества вещества кремния:

$n(H_2) = 2 \times n(Si) = 2 \times 3.2571 \text{ моль} \approx 6.5142 \text{ моль}$

Объём водорода при нормальных условиях (н. у.) рассчитывается по формуле $V = n \times V_m$, где $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$ — молярный объём газа при н. у.

$V(H_2) = n(H_2) \times V_m \approx 6.5142 \text{ моль} \times 22.4 \text{ л/моль} \approx 145.92 \text{ л}$

Округляя результат до трёх значащих цифр, получаем 146 л.

Ответ: объём водорода, который образуется, составляет 146 л.

Какое количество вещества гидроксида натрия потребуется для реакции

По уравнению реакции, на 1 моль $Si$ расходуется 2 моль $NaOH$. Следовательно, количество вещества гидроксида натрия также в два раза больше количества вещества кремния:

$n(NaOH) = 2 \times n(Si) = 2 \times 3.2571 \text{ моль} \approx 6.5142 \text{ моль}$

Округляя результат до трёх значащих цифр, получаем 6.51 моль.

Ответ: для реакции потребуется 6.51 моль гидроксида натрия.