Номер 5, страница 6 - 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 5, страница 6.

Условие.

5. В лаборатории получали серу, смешивая 2,24 л сернистого газа и 2,24 л сероводорода. Какую массу продукта реакции можно получить при этом? Сколько молекул содержится в полученном образце серы? Объёмы газов измерены при одинаковых условиях.

Решение.

Решение 2.

Дано:

Объем сернистого газа $V(SO_2) = 2,24$ л

Объем сероводорода $V(H_2S) = 2,24$ л

Объемы газов измерены при одинаковых условиях. Будем считать, что это нормальные условия (н.у.).

Молярный объем газа при н.у. $V_m = 22,4$ л/моль

Молярная масса серы $M(S) = 32$ г/моль

Постоянная Авогадро $N_A = 6,02 \cdot 10^{23}$ моль⁻¹

Перевод в систему СИ:

$V(SO_2) = 2,24 \text{ л} = 2,24 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3$

$V(H_2S) = 2,24 \text{ л} = 2,24 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3$

$M(S) = 32 \text{ г/моль} = 0,032 \text{ кг/моль}$

Найти:

Массу полученной серы $m(S)$ - ?

Число молекул (атомов) в образце серы $N(S)$ - ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия сернистого газа ($SO_2$) с сероводородом ($H_2S$):

$SO_2 + 2H_2S \rightarrow 3S \downarrow + 2H_2O$

2. Согласно закону Авогадро, при одинаковых условиях (одинаковых температуре и давлении) равные объемы различных газов содержат одинаковое число молекул. Следовательно, соотношение объемов реагирующих газов равно соотношению их количеств вещества (молей).

Из уравнения реакции следует, что для полного взаимодействия газы должны быть в молярном (и объемном) соотношении:

$n(SO_2) : n(H_2S) = 1:2$

По условию задачи, объемы газов равны: $V(SO_2) = V(H_2S) = 2,24$ л, то есть их соотношение составляет $1:1$. Это означает, что один из реагентов находится в избытке.

Для реакции с $2,24$ л сероводорода ($H_2S$) потребовалось бы в два раза меньше сернистого газа ($SO_2$), то есть $V(SO_2)_{\text{теор}} = \frac{1}{2} V(H_2S) = \frac{2,24 \text{ л}}{2} = 1,12$ л.

Поскольку по условию имеется $2,24$ л $SO_2$, он находится в избытке. Следовательно, сероводород ($H_2S$) является лимитирующим реагентом, и расчеты продуктов реакции следует вести по нему.

3. Найдем количество вещества (число моль) сероводорода, вступившего в реакцию. Примем, что условия нормальные (н.у.), тогда молярный объем газа $V_m = 22,4$ л/моль:

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

4. По уравнению реакции определим количество вещества образовавшейся серы ($S$). Соотношение количеств вещества $n(H_2S) : n(S) = 2:3$.

$n(S) = \frac{3}{2} n(H_2S) = \frac{3}{2} \cdot 0,1 \text{ моль} = 0,15 \text{ моль}$

5. Рассчитаем массу полученной серы, используя ее молярную массу ($M(S) \approx 32$ г/моль):

$m(S) = n(S) \cdot M(S) = 0,15 \text{ моль} \cdot 32 \text{ г/моль} = 4,8 \text{ г}$

6. Рассчитаем число частиц в полученном образце серы. В уравнении реакции сера указана как атомарная ($3S$), поэтому под "числом молекул" в данном контексте следует понимать число атомов серы. Для расчета используем постоянную Авогадро $N_A$:

$N(S) = n(S) \cdot N_A = 0,15 \text{ моль} \cdot 6,02 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1} = 0,903 \cdot 10^{23} \approx 9,03 \cdot 10^{22}$ атомов

Ответ:

Масса продукта реакции (серы) составляет $4,8$ г. В полученном образце серы содержится $9,03 \cdot 10^{22}$ атомов (что в данном контексте соответствует вопросу о числе молекул).