При взаимодействии натрия количеством вещества 0, 5 моль с водой получили водород объёмом 4,2 л (н. у.). Вычислите практический выход газа (%).
Для решения этой задачи будем использовать информацию о стехиометрии химических реакций.
Дано:
- Количество вещества натрия: 0,5 моль
- Объем выделенного водорода: 4,2 л
Уравнение реакции: \(2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2\)
Расчет теоретического количества водорода:
- Из уравнения видно, что для реакции 2 моль натрия требуется выделяется 1 моль водорода.
- Поскольку дано 0,5 моль натрия, то теоретическое количество выделившегося водорода будет \(0,5 \, \text{моль} \times \frac{1 \, \text{моль} \, H_2}{2 \, \text{моль} \, Na} = 0,25 \, \text{моль} \, H_2\)
Расчет практического выхода газа:
Чтобы вычислить практический выход в процентах, нужно сравнить количество фактически выделенного водорода (4,2 л) с теоретическим (рассчитанным) количеством водорода (0,25 моль).
Для этого воспользуемся законом Льюиса и найдем количество вещества газа по объему: \(V = 22,4 \cdot n \cdot \frac{Т}{273+ t}\)
Подставим известные значения: \(\text{Для } H_2: 4,2 = 22,4 \cdot n \cdot \frac{273}{273+25}\) \(n = \frac{4,2 \cdot \frac{273+25}{22,4 \cdot 273}} = \frac{4,2 \cdot \frac{298}{5981,6}} \approx 0,21 \, \text{моль}\)
Рассчитаем практический выход: \(\text{Выход водорода (%)} = \frac{\text{Практическое количество водорода (моль)}}{\text{Теоретическое количество водорода (моль)}} \times 100\% = \frac{0,21}{0,25} \times 100\% \approx 84\%\)
Таким образом, практический выход водорода составляет около 84%.
