Номер 30, страница 16 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

Упражнения и задачи для самостоятельного решения. 2. Задачи на примеси и практический выход реакции - номер 30, страница 16.

Условие.

30. Какую массу чистого металла можно получить, восстанавливая с помощью водорода 56 г оксида меди(II), если реакция протекает с выходом 70 % от теоретически возможного? Какой объём водорода (н. у.) потребуется для этого? Учтите, что водород для этой реакции необходимо взять в двукратном избытке.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(CuO) = 56 \text{ г}$

$\eta = 70\% = 0.7$

Водород взят в двукратном избытке.

Найти:

$m_{практ.}(Cu) - ?$

$V(H_2) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции восстановления оксида меди(II) водородом. Реакция обычно протекает при нагревании:

$CuO + H_2 \xrightarrow{t} Cu + H_2O$

2. Рассчитаем молярные массы оксида меди(II) и меди, используя относительные атомные массы из периодической таблицы ($Ar(Cu) \approx 64$, $Ar(O) \approx 16$):

$M(CuO) = Ar(Cu) + Ar(O) = 64 + 16 = 80 \text{ г/моль}$

$M(Cu) = 64 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества (число молей) оксида меди(II) в исходной массе 56 г:

$n(CuO) = \frac{m(CuO)}{M(CuO)} = \frac{56 \text{ г}}{80 \text{ г/моль}} = 0.7 \text{ моль}$

4. Согласно уравнению реакции, из 1 моль $CuO$ образуется 1 моль $Cu$. Следовательно, теоретически возможное количество вещества меди равно количеству вещества оксида меди:

$n_{теор.}(Cu) = n(CuO) = 0.7 \text{ моль}$

5. Рассчитаем теоретически возможную массу меди (100% выход):

$m_{теор.}(Cu) = n_{теор.}(Cu) \cdot M(Cu) = 0.7 \text{ моль} \cdot 64 \text{ г/моль} = 44.8 \text{ г}$

6. Учтем, что практический выход реакции составляет 70%. Рассчитаем практическую массу полученной меди:

$m_{практ.}(Cu) = m_{теор.}(Cu) \cdot \eta = 44.8 \text{ г} \cdot 0.70 = 31.36 \text{ г}$

7. Теперь рассчитаем необходимый объем водорода. Из уравнения реакции следует, что стехиометрическое соотношение $CuO$ и $H_2$ равно 1:1. Значит, для реакции с 0.7 моль $CuO$ теоретически требуется такое же количество водорода:

$n_{теор.}(H_2) = n(CuO) = 0.7 \text{ моль}$

8. По условию, водород необходимо взять в двукратном избытке. Это означает, что реальное количество взятого водорода должно быть в 2 раза больше теоретически необходимого:

$n_{практ.}(H_2) = n_{теор.}(H_2) \cdot 2 = 0.7 \text{ моль} \cdot 2 = 1.4 \text{ моль}$

9. Найдем объем этого количества водорода при нормальных условиях (н. у.), используя значение молярного объема газа $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$:

$V(H_2) = n_{практ.}(H_2) \cdot V_m = 1.4 \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ л/моль} = 31.36 \text{ л}$

Ответ: масса чистого металла (меди), которую можно получить, составляет 31.36 г; объем водорода (н. у.), который потребуется для этого, составляет 31.36 л.