Давайте разберем задачу по этапам и подробно объясним каждый шаг, чтобы понять, как вычислить объем газа и количество вещества соли.
Шаг 1. Записать уравнение реакции
У нас есть карбонат магния (MgCO₃), который взаимодействует с концентрированной соляной кислотой (HCl):
\[ MgCO_3 + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2O + CO_2 \]
То есть, при реакции один моль карбоната магния выделяется один моль диоксида углерода (CO₂).
Шаг 2. Определить массу известного вещества и его состав
Масса карбоната магния — 20 г.
В задаче указано, что карбонат содержит 3% оксида магния (MgO) по массе. Для этого нужно определить, какая часть массы составляет MgO:
\[ \text{Масса MgO} = 20\, \text{г} \times 0{,}03 = 0{,}6\, \text{г} \]
Шаг 3. Определить массу чистого карбоната магния
Магний (Mg) и оксид магния (MgO) — разные соединения, но чтобы понять, сколько у нас Mg в общем, надо найти их соотношение.
Молярные массы:
- MgO = 40 + 16 = 56 г/моль
- MgCO₃ = (24 + 12 + 3×16) = 84 г/моль
Что касается MgO:
- из 56 г MgO содержится 24 г Mg (молярная масса Mg = 24 г/моль)
- из 84 г MgCO₃ содержится 24 г Mg
Следовательно, отношение:
\[ \frac{\text{ Mg в MgCO}_3}{\text{масса MgCO}_3} = \frac{24}{84} = \frac{2}{7} \]
Теперь, чтобы найти массу Mg в карбонате, который содержит 0,6 г MgO, нужно разбить это на составляющие:
\[ \text{Масса Mg} = \frac{24}{56} \times \text{Масса MgO} = \frac{24}{56} \times 0,6\, \text{г} \approx 0,257\, \text{г} \]
Молярная масса Mg — 24 г/моль, значит количество вещества Mg:
\[ n_{Mg} = \frac{0,257\, \text{г}}{24\, \text{г/моль}} \approx 0,0107\, \text{моль} \]
Так как в молекуле MgCO₃ содержится 1 молекула Mg на 1 молекулу карбоната, то:
\[ n_{MgCO_3} = n_{Mg} \approx 0,0107\, \text{моль} \]
Шаг 4. Определить количество вещества карбоната MgCO₃
Масса карбоната:
\[ m_{MgCO_3} = n_{MgCO_3} \times 84\, \text{г/моль} \approx 0,0107 \times 84 \approx 0,899\, \text{г} \]
Это почти 0,9 г — объемы очень малы.
Шаг 5. Рассчитать выделение газа (CO₂)
Из уравнения реакции: 1 моль MgCO₃ — 1 моль CO₂.
Значит, количество CO₂:
\[ n_{CO_2} = n_{MgCO_3} \approx 0,0107\, \text{моль} \]
Шаг 6. Определить объем газа при минимальных условиях
При нормальных условиях (температура 0°C или 273 K и давление 1 атм), один моль газа занимает 22,4 литра (стандартный объем).
Объем CO₂:
\[ V_{CO_2} = n_{CO_2} \times 22,4\, \text{л} \approx 0,0107 \times 22,4 \approx 0,24\, \textл \]
Ответ:
- Объем газа (CO₂): ≈ 0,24 литра (при стандартных условиях).
- Количество вещества соли (MgCl₂): по уравнению реакции для выделенного MgCO₃ образуется равное количество MgCl₂:
\[ n_{MgCl_2} = n_{MgCO_3} \approx 0,0107\, \text{моль} \]
Масса MgCl₂:
\[ m_{MgCl_2} = n_{MgCl_2} \times 95\, \text{г/моль} \approx 0,0107 \times 95 \approx 1,02\, \text{г} \]
Итог:
- Объем выделяющегося CO₂ при данных условиях: примерно 0,24 литра.
- Количество вещества соли MgCl₂: примерно 0,0107 моль (масса около 1,02 г).
Если нужно более подробное объяснение или расчет для других условий, скажите!