Для решения этой задачи нам потребуется использовать химические уравнения и закон сохранения массы. Давайте разберёмся шаг за шагом.
Шаг 1: Запишем уравнение реакции
Оксид марганца (IV), MnO2, реагирует с соляной кислотой (HCl) и образует марганцевую соль (MnCl2), воду (H2O) и хлор (Cl2). Уравнение реакции выглядит следующим образом:
[
MnO_2 + 4HCl \rightarrow MnCl_2 + 2H_2O + Cl_2
]
Шаг 2: Рассчитаем количество вещества оксида марганца
Для того чтобы рассчитать, сколько газа выделилось, сначала найдем количество молей оксида марганца, который мы имеем. Для этого нам понадобится молярная масса ( MnO_2 ).
- Молярная масса марганца (Mn) ≈ 54.94 г/моль
- Молярная масса кислорода (O) ≈ 16.00 г/моль
Молярная масса ( MnO_2 ):
[
M_{MnO_2} = 54.94 + (2 \times 16.00) = 54.94 + 32.00 = 86.94 , \text{г/моль}
]
Теперь найдем количество молей оксида марганца:
[
n_{MnO_2} = \frac{m}{M} = \frac{73.5 , \text{г}}{86.94 , \text{г/моль}} \approx 0.845 , \text{моль}
]
Шаг 3: Определим количество молей Cl2, выделившегося в ходе реакции
Согласно уравнению реакции, один моль ( MnO_2 ) дает один моль ( Cl_2 ). Поэтому количество молей хлора:
[
n_{Cl_2} = n_{MnO_2} = 0.845 , \text{моль}
]
Шаг 4: Вычислим теоретический объём газа
При нормальных условиях (н. у.) 1 моль газа занимает объём 22.4 литра. Поэтому объём ( Cl_2 ) при н.у.:
[
V_{Cl_2} = n_{Cl_2} \times 22.4 , \text{л/моль} = 0.845 , \text{моль} \times 22.4 , \text{л/моль} \approx 18.9 , \text{л}
]
Шаг 5: Учтем выход реакции
Объём, выделившийся при реакции с учётом выходной доли, составит:
Выход реакции = 75% от теоретического объёма:
[
V_{\text{реакции}} = V_{Cl_2} \times 0.75 = 18.9 , \text{л} \times 0.75 \approx 14.175 , \text{л}
]
Ответ
Теперь запишем окончательный ответ с точностью до десятых:
[
V_{\text{реакции}} \approx 14.2 , \text{л}
]
Таким образом, объём газа (Cl2), выделившегося при взаимодействии 73.5 г оксида марганца (IV) с избытком соляной кислоты, составил примерно 14.2 литра.
