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 27 с. после окончания реакции полученный раствор разбавили водой до конечного объема 200 мл. определите, какое из исходных веществ не прореагировало полностью 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 этой задачи давайте разберем все шаги по порядку.
Шаг 1: Определим количество вещества (моль) стружки цинка.
Молярная масса цинка (Zn) примерно равна 65,38 г/моль.
Количество вещества цинка можно посчитать по формуле: \[ n_{Zn} = \frac{m}{M} = \frac{2,0 \text{ г}}{65,38 \text{ г/моль}} \approx 0,0306 \text{ моль} \]
Шаг 2: Определим количество серной кислоты (H₂SO₄).
В начале нужно найти массу 50 мл раствора серной кислоты, зная его плотность. Плотность раствора р = 1,020 г/см³, значит: \[ m_{H₂SO₄} = V \cdot \rho = 50 \text{ мл} \cdot 1,020 \text{ г/см}^3 = 51,0 \text{ г} \]
Теперь найдем массу серной кислоты в растворе. Реакция серной кислоты с цинком представлена уравнением: \[ \text{Zn} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{ZnSO}_4 + \text{H}_2 \uparrow \] Из уравнения видно, что на 1 моль цинка расходуется 1 моль серной кислоты.
Молярная масса серной кислоты (H₂SO₄) примерно равна 98 г/моль. Теперь вычислим количество моль H₂SO₄ в растворе: \[ n_{H₂SO₄} = \frac{m_{H₂SO₄}}{M_{H₂SO₄}} = \frac{51,0 \text{ г}}{98 \text{ г/моль}} \approx 0,5204 \text{ моль} \]
Шаг 3: Определим, какое из веществ не прореагировало полностью.
Сравнив количество моль цинка и серной кислоты:
- Цинка: 0,0306 моль
- Серной кислоты: 0,5204 моль
Так как цинка меньше, его количество лимитирует реакцию. В итоге реакция закончится, когда реагирует всё количество цинка.
Шаг 4: Определим, сколько моль серной кислоты осталось после реакции.
На реакцию с 0,0306 моль цинка уйдет такое же количество моль серной кислоты, т.е. 0,0306 моль H₂SO₄. Теперь нахожим остаток: \[ n_{H₂SO₄, остаток} = n_{H₂SO₄, начальное} - n_{H₂SO₄, реагировавшее} \] \[ n_{H₂SO₄, остаток} = 0,5204 \text{ моль} - 0,0306 \text{ моль} \approx 0,4898 \text{ моль} \]
Шаг 5: Рассчитаем молярную концентрацию соли цинка в полученном растворе.
После реакции у нас будет 0,0306 моль соли цинка (ZnSO₄) в конечном объеме 200 мл (0,2 л). Молярная концентрация рассчитывается как: \[ C_{ZnSO₄} = \frac{n_{ZnSO₄}}{V} = \frac{0,0306 \text{ моль}}{0,2 \text{ л}} = 0,153 \text{ моль/л} \]
Шаг 6: Рассчитаем давление газа (водорода) в сосуде.
Водород, выделившийся в ходе реакции, равен количеству цинка, т.е. 0,0306 моль. Давление можно узнать с помощью уравнения состояния идеального газа \( PV = nRT \), где:
- R = 0,0821 л·атм/(моль·К) (газовая постоянная)
- T = 27°C = 300 К (температура в Кельвинах)
Рассчитаем давление: \[ P = \frac{nRT}{V} = \frac{0,0306 \text{ моль} \cdot 0,0821 \text{ л·атм/(моль·К)} \cdot 300 \text{ К}}{0,5 \text{ л}} \] \[ P \approx \frac{0,75282}{0,5} \approx 1,5056 \text{ атм} \]
Итоги:
- Остаток серной кислоты: примерно 0,4898 моль.
- Молярная концентрация соли цинка (ZnSO₄): 0,153 моль/л.
- Давление водорода в сосуде: примерно 1,51 атм.
Если возникнут дополнительные вопросы или потребуется разъяснение по какому-то моменту, не стесняйтесь спрашивать!
