Какой объем водорода выделится при взаимодействии железа с раствором соляной кислоты массой 14,6 г, в котором массовая доля кислоты 20%

Для решения задачи начнем с определения, сколько вещества соляной кислоты (HCl) содержится в растворе, и затем применим стехиометрию для определения объема выделившегося водорода (H2) в результате реакции.

Шаг 1: Найдем массу соляной кислоты в растворе

Дано:

• Масса раствора HCl = 14,6 г
• Массовая доля кислоты = 20%

Масса HCl в растворе рассчитывается по формуле: \[ \text{Масса HCl} = \text{Масса раствора} \times \left( \frac{\text{Массовая доля}}{100} \right) \] Подставим значения: \[ \text{Масса HCl} = 14,6 \, \text{г} \times \left( \frac{20}{100} \right) = 14,6 \, \text{г} \times 0,2 = 2,92 \, \text{г} \]

Шаг 2: Рассчитаем количество вещества HCl

Теперь найдем количество вещества HCl (в молях). Для этого нужно знать молярную массу HCl. Она составляет примерно:

• Молярная масса H = 1 г/моль
• Молярная масса Cl = 35,5 г/моль

Таким образом, молярная масса HCl: \[ M(HCl) = 1 + 35,5 = 36,5 \, \text{г/моль} \]

Количество вещества HCl рассчитывается по формуле: \[ n = \frac{m}{M} \] где \( n \) — количество вещества, \( m \) — масса вещества, \( M \) — молярная масса вещества.

Подставим значения: \[ n(HCl) = \frac{2,92 \, \text{г}}{36,5 \, \text{г/моль}} \approx 0,080 \, \text{моль} \]

Шаг 3: Определим количество выделившегося водорода

Следующим шагом используем уравнение реакции между железом (Fe) и соляной кислотой (HCl): \[ \text{Fe} + 2 \, \text{HCl} \rightarrow \text{FeCl}_2 + \text{H}_2 \]

Из уравнения видно, что: 1 моль Fe реагирует с 2 моль HCl, в результате чего выделяется 1 моль H2.

Таким образом, соотношение между HCl и H2: \[ 2 \, \text{моль HCl} \rightarrow 1 \, \text{моль H}_2 \]

Поэтому количество выделившегося водорода можно найти по следующей формуле: \[ n(H_2) = \frac{n(HCl)}{2} \] Подставим значение: \[ n(H_2) = \frac{0,080 \, \text{моль}}{2} = 0,040 \, \text{моль} \]

Шаг 4: Найдем объем водорода при стандартных условиях

При стандартных условиях 1 моль газа занимает объем 22,4 литра (или 22400 мл).

Таким образом, объем выделившегося водорода: \[ V(H_2) = n(H_2) \times 22,4 \, \text{л/моль} \] Подставим найденное значение молей: \[ V(H_2) = 0,040 \, \text{моль} \times 22,4 \, \text{л/моль} \approx 0,896 \, \text{л} \]

Ответ

Объем водорода, выделившегося при взаимодействии железа с раствором соляной кислоты массой 14,6 г и массовой долей кислоты 20%, составляет примерно 0,896 литра.