Какой объем газа выделится при реакции 20 граммов калия, содержащего 10 % примесей, если выход газа составляет 80 % от теоретического

Для решения этой задачи давайте подробно разберёмся с реакцией и выходом газа, используя данные, которые у нас есть.

Шаг 1: Найдем массу чистого калия

Дано, что всего у нас 20 граммов калия, но он содержит 10% примесей. Это значит, что чистого калия в веществе:

\[ \text{Масса чистого калия} = \text{Общая масса} - \text{Масса примесей} \] \[ \text{Масса примесей} = 10\% \times 20\, \text{г} = \frac{10}{100} \times 20\, \text{г} = 2\, \text{г} \] \[ \text{Масса чистого калия} = 20\, \text{г} - 2\, \text{г} = 18\, \text{г} \]

Шаг 2: Определим теоретический выход газа

Контекст задачи подразумевает, что калий реагирует с водой, образуя гидроксид калия и водород. Реакция выглядит так:

\[ 2 \text{K} + 2 \text{H}_2\text{O} \rightarrow 2 \text{KOH} + \text{H}_2 \]

Из уравнения видно, что 2 моля калия дают 1 моль водорода. Теперь нам нужно узнать, сколько молей калия у нас есть:

Найдем количество молей чистого калия

Молярная масса калия (K) приблизительно равна 39, г/моль:

\[ \text{Количество молей K} = \frac{\text{Масса}}{\text{Молярная масса}} = \frac{18\, \text{г}}{39\, \text{г/моль}} \approx 0.4615 \text{ моль} \]

Вычислим моль водорода, который выделится

Согласно уравнению реакции, на 2 моля калия выделяется 1 моль водорода, следовательно:

\[ \text{Количество водорода} = \frac{0.4615 \text{ моль K}}{2} \approx 0.2308 \text{ моль H}_2 \]

Шаг 3: Найдем теоретический объем водорода

При нормальных условиях (н.у.) 1 моль газа занимает объем 22.4 л. Следовательно, теоретический объем водорода будет:

\[ \text{Объем водорода (теоретический)} = \text{Количество молей H}_2 \times 22.4\, \text{л/моль} \] \[ \text{Объем водорода (теоретический)} = 0.2308 \text{ моль} \times 22.4 \text{ л/моль} \approx 5.18\, \text{л} \]

Шаг 4: Учитываем эффективность реакции

Дано, что выход газа составляет 80% от теоретического, следовательно, реальный объем газа будет равен:

\[ \text{Объем водорода (реальный)} = \text{Объем водорода (теоретический)} \times 80\% = 5.18\, \text{л} \times 0.8 = 4.144\, \text{л} \]

Ответ

Таким образом, объем газа, который выделится при реакции, составляет приблизительно 4.14 литра водорода.