к навеске стружки цинка массой 2,0 г прилили 50 мл разбавленного раствора серной кислоты с плотностью р = 1,020 г/см3. выделившийся в ходе реакции водород собрали в сосуд…
К навеске стружки цинка массой 2,0 г прилили 50 мл разбавленного раствора серной кислоты с плотностью р = 1,020 г/см3. выделившийся в ходе реакции водород собрали в сосуд вместимостью 0,5 л при температуре 27с. после окончания реакции полученный раствор разбавили водой до конечного объема 200 мл. определите, какое из исходных веществ не прореагировало пол юстью и сколько моль его осталось. рассчитайте также молярную концен-рацлю (с, моль/л) соли цинка в полученном растворе и давление газа в сосуде
Для решения данной задачи необходимо последовательно разбить её на части: определить, какое из исходных веществ не прореагировало, рассчитать молярную концентрацию соли цинка и давление газа в сосуде.
Определение количества вещества цинка:
Молярная масса цинка (Zn) примерно равна 65,38 г/моль. Мы знаем, что масса цинка равна 2,0 г.
Рассчитаем количество моль цинка: \[ n_{\text{Zn}} = \frac{m_{\text{Zn}}}{M_{\text{Zn}}} = \frac{2,0 \, \text{г}}{65,38 \, \text{г/моль}} \approx 0,0306 \, \text{моль} \]
Определение количества вещества серной кислоты:
Мы используем разбавленный раствор серной кислоты с данными о плотности. Плотность раствора равна 1,020 г/см³, что эквивалентно 1,020 г/мл. Объём раствора 50 мл, следовательно, масса раствора: \[ m_{\text{H}_2\text{SO}_4} = 1,020 \, \text{г/см}^3 \times 50 \, \text{см}^3 = 51,0 \, \text{г} \]
Молярная масса серной кислоты (H₂SO₄) равна 98,08 г/моль. Рассчитаем количество моль серной кислоты: \[ n_{\text{H}_2\text{SO}_4} = \frac{m_{\text{H}_2\text{SO}_4}}{M_{\text{H}_2\text{SO}_4}} = \frac{51,0 \, \text{г}}{98,08 \, \text{г/моль}} \approx 0,520 \, \text{моль} \]
Сравнение соотношения реагентов:
Реакция между цинком и серной кислотой описывается уравнением: \[ \text{Zn} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{ZnSO}_4 + \text{H}_2 \] Из уравнения видно, что на 1 моль цинка требуется 1 моль серной кислоты. У нас есть 0,0306 моль Zn и 0,520 моль H₂SO₄. Поскольку количество Zn меньше, чем H₂SO₄, то именно цинк будет лимитирующим реагентом.
Определение оставшегося количества серной кислоты:
Серной кислоты, которая прореагировала: \[ n_{\text{H}_2\text{SO}_4, \text{реагировавшая}} = n_{\text{Zn}} = 0,0306 \, \text{моль} \]
Теперь найдем количество не прореагировавшей серной кислоты: \[ n_{\text{H}_2\text{SO}_4, \text{осталось}} = n_{\text{H}_2\text{SO}_4} - n_{\text{H}_2\text{SO}_4, \text{реагировавшая}} = 0,520 - 0,0306 \approx 0,4894 \, \text{моль} \]
Расчёт молярной концентрации соли цинка в конечном растворе:
После реакции получается 200 мл раствора ZnSO₄. Переведем в литры: \[ V = 0,200 \, \text{л} \]
Количество моль полученной соли (ZnSO₄) равно количеству моль цинка: \[ n_{\text{ZnSO}_4} = n_{\text{Zn}} = 0,0306 \, \text{моль} \]
Молярная концентрация соли цинка: \[ C_{\text{ZnSO}_4} = \frac{n_{\text{ZnSO}_4}}{V} = \frac{0,0306 \, \text{моль}}{0,200 \, \text{л}} = 0,153 \, \text{моль/л} \]
Расчёт давления водорода в сосуде:
Объем сосуда составляет 0,5 литра (500 мл), и температура 27 °C (300 K). Нам нужно использовать уравнение состояния идеального газа: \[ PV = nRT \] где \(R = 0,0821 \, \text{л} \cdot \text{атм} / (\text{моль} \cdot \text{К})\).
Подставим известные значения: \[ n_{\text{H}_2} = n_{\text{Zn}} = 0,0306 \, \text{моль} \]
Тогда давление: \[ P = \frac{nRT}{V} = \frac{0,0306 \cdot 0,0821 \cdot 300}{0,5} \approx 1,52 \, \text{атм} \]
Итак, ответ на вопросы:
- Не прореагировало 0,4894 моль серной кислоты.
- Молярная концентрация соли цинка в конечном растворе составляет 0,153 моль/л.
- Давление водорода в сосуде примерно 1,52 атм.
