Определите объём выделившегося газа при взаимодействии 13 г цинка с 160 г 20% - ного раствора, необходимого для, если выход реакции 78 %
Ответы
Ответ:
Для решения задачи необходимо определить уравнение реакции между цинком и раствором, затем по этому уравнению рассчитать количество газа, выделившегося при реакции, исходя из данных о массе цинка и процентном содержании раствора.
Уравнение реакции между цинком и кислотой можно записать следующим образом:
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑
где Zn - цинк, HCl - соляная кислота, ZnCl2 - хлорид цинка, H2 - молекула водорода, выделяющаяся в результате реакции.
Молярная масса цинка (Zn) равна 65 г/моль, молярная масса соляной кислоты (HCl) - 36,5 г/моль. Для расчета количества газа, выделившегося в результате реакции, необходимо определить количество реагентов, участвующих в реакции.
Масса 20%-ного раствора равна 160 г, из них 20% составляет растворимое вещество, а оставшиеся 80% - вода. Следовательно, масса растворимого вещества равна 0,2 × 160 г = 32 г. Так как реакция происходит между цинком и соляной кислотой, необходимо определить массу кислоты, содержащейся в 20%-ном растворе.
Массовая доля HCl в 20%-ном растворе равна 20 г/100 г, следовательно, масса HCl в растворе равна 0,2 × 160 г × 0,2 = 6,4 г.
Теперь можно определить количество моль каждого реагента, используя их молярные массы:
n(Zn) = 13 г / 65 г/моль = 0,2 моль n(HCl) = 6,4 г / 36,5 г/моль = 0,18 моль
Согласно уравнению реакции, каждый моль цинка взаимодействует с двумя молями соляной кислоты, следовательно, ограничивающим реагентом является соляная кислота. Максимальное количество хлорида цинка, которое может быть образовано в результате реакции, равно количеству моль HCl, умноженному на мольную массу ZnCl2:
m(ZnCl2) = n(HCl) × M(ZnCl2) = 0,18 моль × 136 г/моль = 24,48 г
Таким образом, максимальное количество хлорида цинка, которое может быть образовано в результате реакции, равно 24,48 г. Так как выход реакции составляет 78%, то количество образовавшегося хлорида цинка будет равно:
m(обр. ZnCl2) = 24,48 г × 0,78 = 19,12 г
Образовавшийся в результате реакции водород является газом, поэтому необходимо определить количество молей водорода, которое выделилось в результате реакции, используя соотношение в уравнении реакции:
1 моль Zn → 1 моль H2
Таким образом, количество молей выделившегося водорода равно количеству молей цинка, т.е. 0,2 моль. Объем выделившегося водорода при стандартных условиях (температура 0 °C, давление 1 атм) можно рассчитать, используя уравнение состояния идеального газа:
V(H2) = n(H2) × RT/P = 0,2 моль × 8,31 Дж/(моль·К) × (273 + 0) К / 101325 Па = 4,44 л
Таким образом, объем выделившегося газа (водорода) при взаимодействии 13 г цинка с 160 г 20%-ного раствора, если выход реакции 78%, равен 4,44 л.