Рассчитайте объем (дм³) сернистого газа, который образуется при взаимодействии 16 г меди с 5,5 моль концентрированной серной кислоты, если выход реакции составляет 65%.
Для решения данной задачи нам необходимо определить, какой объем сернистого газа (SO₂) образуется в результате реакции меди (Cu) с серной кислотой (H₂SO₄). Начнем с написания уравнения реакции и расчета.
1. Запишем уравнение реакции:
Медь (Cu) реагирует с серной кислотой (H₂SO₄) с образованием сернистого газа (SO₂), воды (H₂O) и сульфата меди (CuSO₄):
\[ \text{Cu} + 2 \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{CuSO}_4 + 2 \text{H}_2\text{O} + \text{SO}_2 \]
2. Находим число молей меди:
Сначала найдем число молей меди (Cu), используя его массу. Молярная масса меди составляет примерно 63,55 г/моль.
\[ n(\text{Cu}) = \frac{m_{\text{Cu}}}{M_{\text{Cu}}} = \frac{16 \text{ г}}{63,55 \text{ г/моль}} \approx 0,251 \text{ моль} \]
3. Stoichiometry (стехиометрия) реакции:
Согласно уравнению реакции, на 1 моль меди образуется 1 моль сернистого газа (SO₂). Значит, 0,251 моль меди даст 0,251 моль сернистого газа:
\[ n(\text{SO}_2)_{\text{理想}} = n(\text{Cu}) = 0,251 \text{ моль} \]
4. Рассмотрим выход реакции:
Выход реакции составляет 65%. Это означает, что фактически образуется:
\[ n(\text{SO}_2)_{\text{фактический}} = n(\text{SO}_2)_{\text{理想}} \times \frac{65}{100} \]
Подставим значение:
\[ n(\text{SO}_2)_{\text{фактический}} = 0,251 \times 0,65 \approx 0,16315 \text{ моль} \]
5. Находим объем сернистого газа:
При нормальных условиях 1 моль газа занимает 22,4 л, или 22,4 дм³. Следовательно, объём сернистого газа будет:
\[ V(\text{SO}_2) = n(\text{SO}_2)_{\text{фактический}} \times 22,4 \text{ дм}^3/\text{моль} \]
Подставим значение:
\[ V(\text{SO}_2) = 0,16315 \text{ моль} \times 22,4 \text{ дм}^3/\text{моль} \approx 3,66 \text{ дм}^3 \]
Ответ:
Таким образом, объем сернистого газа, который образуется при взаимодействии 16 г меди с 5,5 моль серной кислоты с выходом реакции 65%, составляет примерно 3,66 дм³.
