Номер 797, страница 131 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

797. Какая масса воды образуется при взрыве смеси, состоящей из водорода объёмом (н. у.) 4,0 дм³ и кислорода массой 4,0 г?

Дано:

$V(H_2) = 4,0 \, \text{дм}^3$ (н. у.)

$m(O_2) = 4,0 \, \text{г}$

---

В системе СИ:

$V(H_2) = 4,0 \times 10^{-3} \, \text{м}^3$

$m(O_2) = 4,0 \times 10^{-3} \, \text{кг}$

Найти:

$m(H_2O)$ — ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия водорода и кислорода с образованием воды:

$2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$

2. Найдем количество вещества (в молях) для каждого из исходных реагентов.

Молярный объем любого газа при нормальных условиях (н. у.) составляет $V_m = 22,4 \, \text{дм}^3/\text{моль}$.

Вычислим количество вещества водорода:

$n(H_2) = \frac{V(H_2)}{V_m} = \frac{4,0 \, \text{дм}^3}{22,4 \, \text{дм}^3/\text{моль}} \approx 0,1786 \, \text{моль}$

Вычислим молярную массу кислорода: $M(O_2) = 2 \times 16 = 32 \, \text{г/моль}$.

Вычислим количество вещества кислорода:

$n(O_2) = \frac{m(O_2)}{M(O_2)} = \frac{4,0 \, \text{г}}{32 \, \text{г/моль}} = 0,125 \, \text{моль}$

3. Определим, какой из реагентов находится в недостатке, так как он полностью прореагирует и определит массу продукта. Для этого сравним мольные соотношения реагентов, которые даны в задаче, с их стехиометрическим соотношением в уравнении реакции (2 моль $H_2$ на 1 моль $O_2$).

Предположим, что весь водород ($0,1786 \, \text{моль}$) вступает в реакцию. По уравнению реакции для этого потребуется кислорода в два раза меньше:

$n_{теор}(O_2) = \frac{1}{2} n(H_2) = \frac{1}{2} \times 0,1786 \, \text{моль} \approx 0,0893 \, \text{моль}$

В наличии имеется $0,125 \, \text{моль}$ кислорода, что больше, чем требуется для реакции ($0,125 \, \text{моль} > 0,0893 \, \text{моль}$). Это означает, что кислород находится в избытке, а водород — в недостатке. Дальнейшие расчеты следует вести по водороду как лимитирующему реагенту.

4. Рассчитаем массу образовавшейся воды.

Согласно уравнению реакции, из 2 моль водорода образуется 2 моль воды. Следовательно, их мольные соотношения равны $1:1$.

$n(H_2O) = n(H_2) \approx 0,1786 \, \text{моль}$

Вычислим молярную массу воды: $M(H_2O) = 2 \times 1 + 16 = 18 \, \text{г/моль}$.

Теперь найдем массу образовавшейся воды:

$m(H_2O) = n(H_2O) \times M(H_2O) \approx 0,1786 \, \text{моль} \times 18 \, \text{г/моль} \approx 3,215 \, \text{г}$

Поскольку исходные данные приведены с точностью до двух значащих цифр (4,0), результат следует округлить до двух значащих цифр.

$m(H_2O) \approx 3,2 \, \text{г}$

Ответ: масса образовавшейся воды составляет 3,2 г.