ГДЗ по Химии 10 Класс Параграф 11 Вопрос 7 Габриелян, Остроумов — Подробные Ответы

Какой объем водорода (н. у.) получится при действии 6,9 г натрия на 115 мл этилового спирта плотностью 0,80 г/мл?

Дано:
1. m(Na) = 6,9 г
2. M(Na) = 23 г/моль
3. ρ(CH₃CH₂-OH) = 0,8 г/мл
4. V(CH₃CH₂-OH) = 115 мл
5. M(CH₃CH₂-OH) = 46 г/моль
6. Vₘ = 22,4 л/моль
7. V(H₂) = ?

Решение:

1. Уравнение химической реакции:
2CH₃CH₂-OH + 2Na → 2CH₃CH₂-ONa + H₂↑

2. Определение количества вещества реагентов:

• Находим количество вещества натрия:
  n(Na) = m / M = 6,9 / 23 = 0,3 (моль) — недостаток
• Находим массу этанола:
  m(CH₃CH₂-OH) = V * ρ = 115 * 0,8 = 92 (г)
• Находим количество вещества этанола:
  n(CH₃CH₂-OH) = m / M = 92 / 46 = 2 (моль) — избыток

3. Расчет по веществу в недостатке (Na):
Согласно уравнению реакции, из 2 моль натрия выделяется 1 моль водорода. Составляем пропорцию:
Na: 0,3 моль (по условию) — 2 молекулы (по уравнению)
H₂: x моль (по условию) — 1 молекула (по уравнению)

x = n(H₂) = 0,3 * 1 / 2 = 0,15 (моль)

4. Вычисление объема водорода:
V(H₂) = n * Vₘ = 0,15 * 22,4 = 3,36 (л)

Ответ:
V(H₂) = 3,36 л.

Это классический пример химического расчета, где сначала нужно определить, какое вещество закончится первым (лимитирующий реагент), а затем вычислить объем выделившегося газа.

Шаг 1: Понимание химического процесса

Первым делом мы записываем уравнение реакции между этиловым спиртом (этанолом) и активным металлом натрием:

2CH₃CH₂-OH + 2Na → 2CH₃CH₂-ONa + H₂↑

Что здесь происходит: Натрий — очень активный металл. При контакте со спиртом он замещает атом водорода в гидроксильной группе (-OH). В результате образуется соль (этилат натрия) и выделяется чистый водород в виде газа. Коэффициенты показывают, что на 2 моль натрия всегда приходится 1 моль газа водорода.

Шаг 2: Перевод данных в «химические единицы» (моли)

Чтобы сравнивать вещества, нам нужно знать их количество в молях (n), а не в граммах или миллилитрах.

1. Считаем натрий (Na):
Используем формулу n = m / M (масса делить на молярную массу).
n(Na) = 6,9 г / 23 г/моль = 0,3 моль.

2. Считаем спирт (CH₃CH₂-OH):
У нас дан объем и плотность, поэтому сначала найдем массу по формуле m = V · ρ:
m(спирта) = 115 мл · 0,8 г/мл = 92 г.
Теперь находим моли:
n(спирта) = 92 г / 46 г/моль = 2 моль.

Шаг 3: Определение избытка и недостатка

Теперь сравним полученные значения:
У нас есть 0,3 моль натрия и 2 моль спирта.
По уравнению они реагируют 1 к 1 (на 2 части спирта нужно 2 части натрия).

Очевидно, что натрия у нас гораздо меньше (0,3 < 2). Это значит, что натрий — это недостаток. Он полностью израсходуется в реакции, и именно по нему мы будем считать, сколько получится водорода. Спирт останется в избытке и на результат не повлияет.

Шаг 4: Расчет объема водорода

Снова смотрим на коэффициенты в уравнении: перед Na стоит 2, а перед H₂ — 1 (он подразумевается). Это значит, что водорода всегда получается в два раза меньше, чем было натрия.

1. Находим моли водорода:
n(H₂) = n(Na) / 2 = 0,3 / 2 = 0,15 моль.

2. Находим объем при нормальных условиях:
Используем закон Авогадро, где 1 моль любого газа занимает объем 22,4 литра (V = n · Vₘ):
V(H₂) = 0,15 моль · 22,4 л/моль = 3,36 л.

Итоговое резюме

Для решения подобных задач всегда следуйте этой логике:
1. Уравнение: Узнайте пропорции участников.
2. Моли: Переведите всё, что дано, в моли.
3. Лимит: Найдите, кто закончится первым (считайте только по нему!).
4. Результат: Переведите моли продукта обратно в литры или граммы.