какой объём водорода (н.у.) может быть получен при взаимодействии 13,5 г. цинка содержащего 20% оксида цинка, с необходимым количеством соляной кислоты?
Решение поэтапно.
Дано:
- Образец цинка массой 13,5 г содержит 20% оксида цинка (ZnO) и соответственно 80% Zn металла.
- Реакция Zn с соляной кислотой: Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2.
- ZnO реагирует с HCl иначе: ZnO + 2 HCl → ZnCl2 + H2O (газообразный H2 не образуется).
- Определим массы компонентов:
- Масса ZnO: 0,20 × 13,5 г = 2,7 г
- Масса Zn: 13,5 г − 2,7 г = 10,8 г
- Переведём в моли:
- Молярная масса Zn ≈ 65,38 г/моль
- Моли Zn: n(Zn) = 10,8 г / 65,38 г/моль ≈ 0,165 моль
- Стехиометрия реакции:
- Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2
- 1 моль Zn даёт 1 моль H2.
- ZnO реагирует с HCl без образования H2, поэтому вклад ZnO в объём H2 отсутствует.
- Объём водорода при нормальных условиях:
- Количество водорода: n(H2) = n(Zn) ≈ 0,165 моль
- Молярный объём водорода при нормальных условиях зависит от определения нормальных условий:
- При нормальных условиях (20 °C, 1 атм) Vm(H2) ≈ 24,0 л/моль V(H2) ≈ 0,165 × 24,0 ≈ 3,96 л ≈ 4,0 л (с учётом значащих цифр: около 3,96 л)
- При стандартных условиях STP (0 °C, 1 атм) Vm(H2) = 22,4 л/моль V(H2) ≈ 0,165 × 22,4 ≈ 3,70 л
Итак:
- При нормальных условиях (20 °C, 1 атм): приблизительно 3,96 л водорода.
- При STP (0 °C): приблизительно 3,70 л водорода.
Ключевой момент: вся газообразная водород образуется только из Zn, ZnO не добавляет объём H2.
Обсуждение
2 сообщенияподробное решение задачи
Давайте подробно разберем задачу.
Дано:
- Масса образца цинка \( m_{\text{Zn}} = 13,5 \, \text{г} \)
- Содержание оксида цинка в образце \( \text{ZnO} = 20\% \)
Шаг 1: Определим массу чистого цинка и оксида цинка.
Масса оксида цинка (ZnO): \[ m_{\text{ZnO}} = 0,20 \times 13,5 \, \text{г} = 2,7 \, \text{г} \]
Масса чистого цинка (Zn): \[ m_{\text{Zn}} = 13,5 \, \text{г} - m_{\text{ZnO}} = 13,5 \, \text{г} - 2,7 \, \text{г} = 10,8 \, \text{г} \]
Шаг 2: Найдем количество молей цинка.
- Молярная масса цинка (\( M_{\text{Zn}} \)): примерно \( 65,38 \, \text{г/моль} \)
- Количество молей Zn (\( n_{\text{Zn}} \)): \[ n_{\text{Zn}} = \frac{m_{\text{Zn}}}{M_{\text{Zn}}} = \frac{10,8 \, \text{г}}{65,38 \, \text{г/моль}} \approx 0,165 \, \text{моль} \]
Шаг 3: Установим стехиометрию реакции.
Согласно реакции: \[ \text{Zn} + 2 \text{HCl} \rightarrow \text{ZnCl}_2 + \text{H}_2 \]
- 1 моль Zn дает 1 моль \( \text{H}_2 \).
Шаг 4: Найдем количество водорода.
- Количество молей водорода (\( n_{\text{H}_2} \)): \[ n_{\text{H}_2} = n_{\text{Zn}} \approx 0,165 \, \text{моль} \]
Шаг 5: Рассчитаем объём водорода.
При нормальных условиях (например, \( T = 0^\circ \text{C} \), \( P = 1 \, \text{атм} \)):
- Молярный объём газов (для идеального газа) ~ \( 22,4 \, \text{л/моль} \).
- Объём водорода (\( V_{\text{H}_2} \)): \[ V_{\text{H}_2} = n_{\text{H}_2} \times 22,4 \, \text{л/моль} = 0,165 \, \text{моль} \times 22,4 \, \text{л/моль} \approx 3,70 \, \text{л} \]
Вывод:
Объём водорода, который теоретически может быть получен при взаимодействии 13,5 г цинка с необходимым количеством соляной кислоты составляет примерно 3,70 литра.
