Чтобы решить эту задачу, необходимо провести несколько шагов, начиная с нахождения массы соляной кислоты в растворе, затем определить количество цинка, участвующего в реакции, и в конце рассчитать объем выделившегося водорода.
Шаг 1: Найти массу раствора соляной кислоты
Дано:
- Объем раствора = 200 мл
- Плотность раствора = 1,1 г/мл
Масса раствора можно найти по формуле:
[
\text{Масса раствора} = \text{Объем} \times \text{Плотность}
]
Подставляем значения:
[
\text{Масса раствора} = 200 , \text{мл} \times 1,1 , \text{г/мл} = 220 , \text{г}
]
Шаг 2: Определить массу соляной кислоты в растворе
Концентрация раствора известна: 7%. Это означает, что 7% от общей массы раствора — это масса соляной кислоты:
[
\text{Масса HCl} = \frac{7}{100} \times 220 , \text{г} = 15,4 , \text{г}
]
Шаг 3: Найти количество вещества соляной кислоты
Чтобы найти количество вещества HCl, используем формулу:
[
n = \frac{m}{M}
]
где:
- ( n ) — количество вещества,
- ( m ) — масса вещества,
- ( M ) — молярная масса.
Молярная масса HCl (водорода и хлора) около 36,5 г/моль. Подставим известные значения:
[
n_{HCl} = \frac{15,4 , \text{г}}{36,5 , \text{г/моль}} \approx 0,422 , \text{моль}
]
Шаг 4: Определить количество цинка
Реакция между цинком (Zn) и соляной кислотой (HCl) описывается уравнением:
[
\text{Zn} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{ZnCl}2 + \text{H}2
]
Из уравнения видно, что 1 моль Zn реагирует с 2 моль HCl. Найдем количество цинка, которое может быть получено:
[
n{Zn} = \frac{n{HCl}}{2} = \frac{0,422}{2} \approx 0,211 , \text{моль}
]
Шаг 5: Найти объем выделившегося водорода
Согласно уравнению реакции, 1 моль Zn дает 1 моль H₂. Следовательно:
[
n_{H_2} = n_{Zn} = 0,211 , \text{моль}
]
Объем газа при нормальном состоянии (н.у.) можно найти по формуле:
[
V = n \times V_m
]
где ( V_m \approx 22,4 , \text{л/моль} ) — молярный объем газа при н.у. Подставим значения:
[
V_{H_2} = 0,211 , \text{моль} \times 22,4 , \text{л/моль} \approx 4,73 , \text{л}
]
Шаг 6: Учитывание выходов водорода
Учитывая, что только 70% от теоретического выхода водорода выделится, рассчитываем фактический объем:
[
V_{H_2, \text{фактич.}} = 4,73 , \text{л} \times 0,7 \approx 3,31 , \text{л}
]
Ответ
Итак, объем выделившегося водорода составляет приблизительно 3,31 литра.
