Номер 12, 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 12, страница 7.

Условие.

12. В процессе синтеза сероводорода из простых веществ использовали 3,2 г серы и 4,48 л водорода (н. у.). Какой объём сероводорода, измеренный при нормальных условиях, можно получить при этом? Сколько атомов водорода и серы будет содержаться в полученном объёме сероводорода?

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(S) = 3,2 \text{ г}$
$V(H_2) = 4,48 \text{ л (н. у.)}$

Перевод в систему СИ (для расчетов в химии удобнее использовать граммы и литры, но приводим значения в СИ для полноты):

$m(S) = 0,0032 \text{ кг}$
$V(H_2) = 0,00448 \text{ м}^3$

Найти:

$V(H_2S) - ?$
$N(H) - ?$
$N(S) - ?$

Решение:

1. Составим уравнение химической реакции синтеза сероводорода ($H_2S$) из простых веществ — водорода ($H_2$) и серы ($S$):

$H_2 + S \rightarrow H_2S$

Уравнение сбалансировано. Из него следует, что реагенты вступают в реакцию, а продукт образуется в мольном соотношении $1:1:1$.

2. Определим количество вещества (число молей) для каждого из исходных веществ.

Молярная масса атомарной серы $M(S)$ равна $32 \text{ г/моль}$. Найдем количество вещества серы:

$n(S) = \frac{m(S)}{M(S)} = \frac{3,2 \text{ г}}{32 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

Объем водорода дан при нормальных условиях (н. у.). Молярный объем любого газа при н. у. составляет $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$. Найдем количество вещества водорода:

$n(H_2) = \frac{V(H_2)}{V_m} = \frac{4,48 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,2 \text{ моль}$

3. Определим, какое из веществ является лимитирующим (находится в недостатке), так как оно полностью прореагирует и определит количество продукта. Согласно уравнению реакции, на $1 \text{ моль}$ серы требуется $1 \text{ моль}$ водорода.

В наличии имеется $0,1 \text{ моль}$ серы и $0,2 \text{ моль}$ водорода. Так как $0,1 < 0,2$, сера находится в недостатке, а водород — в избытке. Расчет количества продуктов реакции будем вести по сере.

4. Рассчитаем количество вещества и объем сероводорода, который может быть получен.

Исходя из стехиометрии реакции ($n(S) : n(H_2S) = 1:1$), количество вещества образовавшегося сероводорода равно количеству вещества серы, вступившей в реакцию:

$n(H_2S) = n(S) = 0,1 \text{ моль}$

Теперь вычислим объем сероводорода при нормальных условиях:

$V(H_2S) = n(H_2S) \cdot V_m = 0,1 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 2,24 \text{ л}$

5. Вычислим число атомов водорода и серы в полученном объеме сероводорода.

Сначала найдем общее число молекул $H_2S$ в $0,1 \text{ моль}$ вещества, используя число Авогадро $N_A \approx 6,02 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1}$:

$N(H_2S) = n(H_2S) \cdot N_A = 0,1 \text{ моль} \cdot 6,02 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1} = 6,02 \cdot 10^{22} \text{ молекул}$

Каждая молекула сероводорода ($H_2S$) содержит 1 атом серы (S) и 2 атома водорода (H).

Число атомов серы будет равно числу молекул $H_2S$:

$N(S) = N(H_2S) = 6,02 \cdot 10^{22} \text{ атомов}$

Число атомов водорода будет в два раза больше числа молекул $H_2S$:

$N(H) = 2 \cdot N(H_2S) = 2 \cdot 6,02 \cdot 10^{22} = 1,204 \cdot 10^{23} \text{ атомов}$

Ответ: в результате реакции можно получить $2,24 \text{ л}$ сероводорода (при н. у.); в полученном объеме будет содержаться $1,204 \cdot 10^{23}$ атомов водорода и $6,02 \cdot 10^{22}$ атомов серы.