Номер 2, страница 12, часть 2 - гдз по химии 9 класс учебник Оспанова, Аухадиева

• 2. Взорвали смесь, содержащую по объему 60% водорода ($\text{H}_2$) и 40% хлора ($\text{Cl}_2$), объем исходной смеси 1 л. Каков объем и состав полученной смеси газов?

Ответ: 1 л газовой смеси $\text{HCl}$ и $\text{H}_2$

Дано:

Объем исходной смеси $V_{исх. смеси} = 1 \text{ л}$

Объемная доля водорода $\phi(H_2) = 60\% \text{ (0.6)}$

Объемная доля хлора $\phi(Cl_2) = 40\% \text{ (0.4)}$

Перевод в систему СИ:

$V_{исх. смеси} = 1 \text{ л} = 1 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3$

Найти:

Объем полученной смеси $V_{конечн. смеси} - ?$

Состав полученной смеси $- ?$

Решение:

1. Сначала запишем уравнение химической реакции между водородом и хлором. Реакция протекает со взрывом при инициировании (например, под действием света) с образованием хлороводорода:

$H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl$

Согласно закону объемных отношений Гей-Люссака, объемы вступающих в реакцию и образующихся в ее ходе газов относятся как простые целые числа, которые равны коэффициентам в уравнении реакции. Таким образом, 1 объем водорода реагирует с 1 объемом хлора с образованием 2 объемов хлороводорода.

2. Рассчитаем начальные объемы водорода и хлора в исходной смеси:

$V(H_2) = V_{исх. смеси} \cdot \phi(H_2) = 1 \text{ л} \cdot 0.6 = 0.6 \text{ л}$

$V(Cl_2) = V_{исх. смеси} \cdot \phi(Cl_2) = 1 \text{ л} \cdot 0.4 = 0.4 \text{ л}$

3. Определим, какой из реагентов является лимитирующим (находится в недостатке). Согласно уравнению, газы реагируют в соотношении $V(H_2) : V(Cl_2) = 1:1$.

У нас есть 0.6 л водорода и 0.4 л хлора. Поскольку для реакции с 0.4 л хлора требуется 0.4 л водорода, а у нас его 0.6 л, водород находится в избытке, а хлор — в недостатке. Хлор прореагирует полностью.

4. Рассчитаем объем образовавшегося продукта и объем оставшегося избытка.

Весь хлор ($0.4 \text{ л}$) прореагирует. Объем прореагировавшего водорода равен объему прореагировавшего хлора:

$V_{прореаг.}(H_2) = V(Cl_2) = 0.4 \text{ л}$

Объем образовавшегося хлороводорода (HCl) будет в два раза больше объема прореагировавшего хлора:

$V_{обр.}(HCl) = 2 \cdot V(Cl_2) = 2 \cdot 0.4 \text{ л} = 0.8 \text{ л}$

Найдем объем оставшегося водорода:

$V_{ост.}(H_2) = V_{исх.}(H_2) - V_{прореаг.}(H_2) = 0.6 \text{ л} - 0.4 \text{ л} = 0.2 \text{ л}$

5. Определим конечный объем и состав газовой смеси.

После реакции в смеси будут присутствовать продукт реакции (HCl) и избыток реагента ($H_2$).

Состав конечной смеси: хлороводород ($HCl$) и водород ($H_2$).

Общий объем полученной смеси равен сумме объемов оставшегося водорода и образовавшегося хлороводорода:

$V_{конечн. смеси} = V_{ост.}(H_2) + V_{обр.}(HCl) = 0.2 \text{ л} + 0.8 \text{ л} = 1.0 \text{ л}$

Объемные доли компонентов в конечной смеси:

$\phi(HCl) = \frac{V(HCl)}{V_{конечн. смеси}} \cdot 100\% = \frac{0.8 \text{ л}}{1.0 \text{ л}} \cdot 100\% = 80\%$

$\phi(H_2) = \frac{V_{ост.}(H_2)}{V_{конечн. смеси}} \cdot 100\% = \frac{0.2 \text{ л}}{1.0 \text{ л}} \cdot 100\% = 20\%$

Ответ: Общий объем полученной газовой смеси составляет 1 л. Смесь состоит из 0.8 л хлороводорода (HCl) и 0.2 л водорода (H₂), что соответствует объемным долям 80% HCl и 20% H₂.