Номер 10, страница 7 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

Упражнения и задачи для самостоятельного решения. 1. Задачи на вычисление количества, массы или объёма продукта реакции, если одно из исходных веществ взято в избытке - номер 10, страница 7.

Условие.

10. При взаимодействии 22,4 л хлора (н. у.) с навеской железа, в которой содержится $6.02 \cdot 10^{23}$ атомов металла, образовалась соль. Рассчитайте её массу. Какое вещество и в каком количестве осталось в избытке?

Решение.

Решение 2.

Дано:

$V(\text{Cl}_2) = 22,4 \text{ л}$ (н. у.)
$N(\text{Fe}) = 6,02 \cdot 10^{23} \text{ атомов}$

Найти:

$m(\text{соли}) - ?$
Вещество в избытке и его количество $n(\text{избытка}) - ?$

Решение:

1. Составляем уравнение реакции. Железо реагирует с сильным окислителем хлором с образованием хлорида железа(III):

$2\text{Fe} + 3\text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{FeCl}_3$

2. Рассчитываем количество вещества (моль) каждого из реагентов.

Количество вещества хлора ($Cl_2$) находим через его объем при нормальных условиях (н. у.), используя молярный объем газов $V_m = 22,4$ л/моль:

$n(\text{Cl}_2) = \frac{V(\text{Cl}_2)}{V_m} = \frac{22,4 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 1 \text{ моль}$

Количество вещества железа ($Fe$) находим через число атомов, используя постоянную Авогадро $N_A = 6,02 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1}$:

$n(\text{Fe}) = \frac{N(\text{Fe})}{N_A} = \frac{6,02 \cdot 10^{23}}{6,02 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1}} = 1 \text{ моль}$

3. Определяем, какое из веществ находится в избытке. Для этого сравним мольные соотношения реагентов по уравнению реакции с фактическими.

Согласно уравнению реакции, на $2$ моль железа требуется $3$ моль хлора. Найдем, какое количество хлора необходимо для реакции с $1$ моль железа:

$n_{\text{теор.}}(\text{Cl}_2) = n(\text{Fe}) \cdot \frac{3}{2} = 1 \text{ моль} \cdot \frac{3}{2} = 1,5 \text{ моль}$

В наличии имеется только $1$ моль хлора, что меньше, чем требуется ($1 \text{ моль} < 1,5 \text{ моль}$). Следовательно, хлор находится в недостатке и является лимитирующим реагентом, а железо — в избытке. Дальнейшие расчеты продукта реакции ведем по хлору.

4. Рассчитываем количество вещества образовавшейся соли, хлорида железа(III) ($FeCl_3$), по количеству лимитирующего реагента ($Cl_2$).

Из уравнения реакции следует, что из $3$ моль $Cl_2$ образуется $2$ моль $FeCl_3$. Составим пропорцию:

$\frac{n(\text{Cl}_2)}{3} = \frac{n(\text{FeCl}_3)}{2}$

$n(\text{FeCl}_3) = \frac{2 \cdot n(\text{Cl}_2)}{3} = \frac{2 \cdot 1 \text{ моль}}{3} = \frac{2}{3} \text{ моль}$

5. Рассчитываем массу образовавшейся соли.

Сначала найдем молярную массу $FeCl_3$, используя относительные атомные массы $Ar(\text{Fe}) \approx 56$ и $Ar(\text{Cl}) \approx 35,5$:

$M(\text{FeCl}_3) = M(\text{Fe}) + 3 \cdot M(\text{Cl}) = 56 + 3 \cdot 35,5 = 162,5 \text{ г/моль}$

Теперь находим массу соли:

$m(\text{FeCl}_3) = n(\text{FeCl}_3) \cdot M(\text{FeCl}_3) = \frac{2}{3} \text{ моль} \cdot 162,5 \text{ г/моль} \approx 108,33 \text{ г}$

6. Определяем количество вещества, оставшегося в избытке.

В избытке находится железо. Рассчитаем, какое количество железа прореагировало с $1$ моль хлора:

$n_{\text{прореаг.}}(\text{Fe}) = n(\text{Cl}_2) \cdot \frac{2}{3} = 1 \text{ моль} \cdot \frac{2}{3} = \frac{2}{3} \text{ моль}$

Находим количество вещества железа, оставшегося после реакции:

$n_{\text{изб.}}(\text{Fe}) = n_{\text{исх.}}(\text{Fe}) - n_{\text{прореаг.}}(\text{Fe}) = 1 \text{ моль} - \frac{2}{3} \text{ моль} = \frac{1}{3} \text{ моль}$

Ответ: масса образовавшейся соли ($FeCl_3$) составляет $108,33$ г. В избытке осталось железо ($Fe$) в количестве $\frac{1}{3}$ моль (приблизительно $0,33$ моль).