ГДЗ по Химии 8 Класс Параграф 39 Вопрос 5 Базовый Уровень Габриелян — Подробные Ответы

Рассчитайте объём водорода (н. у.), который выделится при растворении в соляной кислоте 120 г магния, содержащего 2,5% примесей.

Дано:
— \(m(\text{Mg с прим.})=120 \text{ г}\)
— \(\omega(\text{прим.})=2,5\%\)
— \(M(\text{Mg})=24 \text{ г/моль}\)
— \(V_m=22,4 \text{ л/моль}\)

Найти:
— \(V(\text{H}_2)=?\)\)

Решение:
Уравнение реакции:
\(\text{Mg} + 2\text{HCl} \to \text{MgCl}_2 + \text{H}_2\uparrow\)

1. Определяем массовую долю чистого магния:
\(\omega(\text{Mg}) = 100\% — \omega(\text{прим.}) = 100\% — 2,5\% = 97,5\% = 0,975\)

2. Находим массу чистого магния:
\(m(\text{Mg}) = m(\text{Mg с прим.}) \cdot \omega(\text{Mg}) = 120 \cdot 0,975 = 117 \text{ (г)}\)

3. Вычисляем количество вещества магния:
\(n(\text{Mg}) = \frac{m}{M} = \frac{117}{24} = 4,875 \text{ (моль)}\)

4. По уравнению реакции:

Из стехиометрии реакции видно, что 1 моль Mg производит 1 моль H$_2$.
Следовательно, количество вещества водорода:
\(x = n(\text{H}_2) = 4,875 \text{ (моль)}\)

5. Рассчитываем объем водорода:
\(V(\text{H}_2) = n \cdot V_m = 4,875 \cdot 22,4 = 109,2 \text{ (л)}\)

Ответ: \(109,2 \text{ л.}\)

Для решения данной задачи необходимо пошагово рассчитать количество чистого магния, затем, используя стехиометрию химической реакции, определить количество выделившегося водорода и, наконец, перевести это количество в объем при нормальных условиях.

1. Анализ исходных данных:

• \(m(\text{Mg с прим.})=120 \text{ г}\) — это общая масса образца магния, которая включает как чистый магний, так и примеси.
• \(\omega(\text{прим.})=2,5\%\) — это массовая доля примесей в образце. Примеси не вступают в реакцию с соляной кислотой.
• \(M(\text{Mg})=24 \text{ г/моль}\) — это молярная масса чистого магния. Она нужна для перевода массы магния в количество вещества (моли).
• \(V_m=22,4 \text{ л/моль}\) — это молярный объем любого газа при нормальных условиях (н.у.: 0°C и 1 атм). Используется для перевода количества вещества газа в объем.

2. Уравнение химической реакции:
\(\text{Mg} + 2\text{HCl} \to \text{MgCl}_2 + \text{H}_2\uparrow\)
Это уравнение показывает, что 1 моль магния реагирует с соляной кислотой, образуя 1 моль хлорида магния и 1 моль газообразного водорода. Это ключевое соотношение для дальнейших расчетов.

3. Пошаговое решение:

Шаг 1: Определение массовой доли чистого магния.
Поскольку 2,5% образца составляют примеси, остальная часть — это чистый магний.
\(\omega(\text{Mg}) = 100\% — \omega(\text{прим.})\)
\(\omega(\text{Mg}) = 100\% — 2,5\% = 97,5\%\)
Для удобства расчетов переводим проценты в десятичную дробь: \(97,5\% = 0,975\).

Шаг 2: Нахождение массы чистого магния.
Мы знаем общую массу образца и массовую долю чистого магния.
\(m(\text{Mg}) = m(\text{Mg с прим.}) \cdot \omega(\text{Mg})\)
\(m(\text{Mg}) = 120 \text{ г} \cdot 0,975 = 117 \text{ г}\)
Только эти 117 грамм магния будут реагировать с соляной кислотой.

Шаг 3: Вычисление количества вещества магния.
Чтобы использовать стехиометрию реакции, нам нужно знать количество вещества (молей) чистого магния. Для этого используем его молярную массу.
\(n(\text{Mg}) = \frac{m(\text{Mg})}{M(\text{Mg})}\)
\(n(\text{Mg}) = \frac{117 \text{ г}}{24 \text{ г/моль}} = 4,875 \text{ моль}\)

Шаг 4: Определение количества вещества водорода по уравнению реакции.
Из уравнения реакции \(\text{Mg} + 2\text{HCl} \to \text{MgCl}_2 + \text{H}_2\uparrow\) видно, что коэффициенты перед Mg и H₂ равны 1. Это означает, что 1 моль магния при реакции образует 1 моль водорода.
Следовательно, количество вещества водорода будет равно количеству вещества прореагировавшего магния:
\(n(\text{H}_2) = n(\text{Mg}) = 4,875 \text{ моль}\)

Шаг 5: Расчет объема водорода.
Поскольку водород является газом и условия реакции приведены к нормальным условиям (н.у.), мы можем использовать молярный объем газа \(V_m = 22,4 \text{ л/моль}\).
\(V(\text{H}_2) = n(\text{H}_2) \cdot V_m\)
\(V(\text{H}_2) = 4,875 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 109,2 \text{ л}\)

Ответ:
Объем водорода, который выделится при растворении магния в соляной кислоте, составляет \(109,2 \text{ л.}\)