Номер 17, 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 17, страница 7.

Условие.

17. Рассчитайте объём хлороводорода, полученного при взаимодействии 20 л водорода и 30 л хлора (н. у.). Чему будет равна массовая доля соляной кислоты в растворе, полученном при растворении всего образовавшегося хлороводорода в 1 л воды?

Решение.

Решение 2.

Дано:

$V(H_2) = 20 \text{ л}$
$V(Cl_2) = 30 \text{ л}$
$V(H_2O) = 1 \text{ л}$
Условия: нормальные (н. у.)

Перевод в систему СИ:
$V(H_2) = 20 \text{ л} = 20 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3 = 0.02 \text{ м}^3$
$V(Cl_2) = 30 \text{ л} = 30 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3 = 0.03 \text{ м}^3$
$V(H_2O) = 1 \text{ л} = 1 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3 = 0.001 \text{ м}^3$
Молярный объем газа при н. у.: $V_m = 22.4 \text{ л/моль} = 0.0224 \text{ м}^3\text{/моль}$
Плотность воды: $\rho(H_2O) \approx 1000 \text{ кг/м}^3$ (или $1000 \text{ г/л}$)

Найти:

1. $V(HCl)$ - ?
2. $\omega(HCl \text{ в растворе})$ - ?

Решение:

1. Расчет объема хлороводорода, полученного при взаимодействии водорода и хлора

Запишем уравнение реакции взаимодействия водорода с хлором:

$H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl$

Согласно закону объемных отношений Гей-Люссака, для газов, находящихся в одинаковых условиях, отношение их объемов равно отношению их стехиометрических коэффициентов. Из уравнения реакции следует, что 1 объем водорода реагирует с 1 объемом хлора, образуя 2 объема хлороводорода.

Соотношение объемов: $V(H_2) : V(Cl_2) : V(HCl) = 1 : 1 : 2$

Определим, какой из реагентов находится в недостатке (является лимитирующим). Для реакции с 20 л водорода теоретически требуется:

$V_{теор}(Cl_2) = V(H_2) \cdot \frac{1}{1} = 20 \text{ л}$

По условию дано 30 л хлора, что больше, чем требуется для реакции. Следовательно, хлор находится в избытке, а водород полностью вступает в реакцию и является лимитирующим реагентом. Расчет объема продукта (хлороводорода) ведем по водороду.

Из пропорции $V(H_2) : V(HCl) = 1 : 2$ находим объем образовавшегося хлороводорода:

$V(HCl) = 2 \cdot V(H_2) = 2 \cdot 20 \text{ л} = 40 \text{ л}$

Ответ: Объем полученного хлороводорода равен 40 л.

2. Расчет массовой доли соляной кислоты в растворе

Массовая доля вещества в растворе ($\omega$) вычисляется по формуле:

$\omega(\text{вещества}) = \frac{m(\text{вещества})}{m(\text{раствора})} \cdot 100\%$

где $m(\text{раствора}) = m(\text{растворенного вещества}) + m(\text{растворителя})$. В данном случае растворенное вещество — хлороводород (HCl), а растворитель — вода ($H_2O$).

Сначала найдем массу хлороводорода, объем которого составляет 40 л (при н.у.). Для этого сначала вычислим количество вещества ($n$) хлороводорода, используя молярный объем газов при н.у. ($V_m = 22.4 \text{ л/моль}$):

$n(HCl) = \frac{V(HCl)}{V_m} = \frac{40 \text{ л}}{22.4 \text{ л/моль}} \approx 1.786 \text{ моль}$

Теперь вычислим массу хлороводорода, зная его молярную массу. Молярная масса HCl:

$M(HCl) = M(H) + M(Cl) = 1.008 + 35.453 \approx 36.5 \text{ г/моль}$

Масса хлороводорода:

$m(HCl) = n(HCl) \cdot M(HCl) = \frac{40}{22.4} \text{ моль} \cdot 36.5 \text{ г/моль} \approx 65.18 \text{ г}$

Далее найдем массу растворителя — воды. Объем воды равен 1 л. Плотность воды принимаем равной 1000 г/л.

$m(H_2O) = V(H_2O) \cdot \rho(H_2O) = 1 \text{ л} \cdot 1000 \text{ г/л} = 1000 \text{ г}$

Теперь найдем общую массу полученного раствора соляной кислоты:

$m(\text{раствора}) = m(HCl) + m(H_2O) = 65.18 \text{ г} + 1000 \text{ г} = 1065.18 \text{ г}$

Наконец, рассчитаем массовую долю соляной кислоты в растворе:

$\omega(HCl) = \frac{m(HCl)}{m(\text{раствора})} \cdot 100\% = \frac{65.18 \text{ г}}{1065.18 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 6.12\%$

Ответ: Массовая доля соляной кислоты в растворе равна 6.12%.