Вопрос школьника
Рассчитайте массу и объем (при н. у.) оксида углерода (IV), полученного при взаимодействии 80 г карбоната кальция с избытком соляной кислоты. Выход углекислого газа составляет 80% от теоретически возможного.
Ответ от учителя
Уравнение реакции между карбонатом кальция и соляной кислотой:
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O
Молярная масса CaCO3 = 100 г/моль
Масса CaCO3, заданная в условии = 80 г
Количество вещества CaCO3 = масса / молярная масса = 80 г / 100 г/моль = 0,8 моль
Так как углекислый газ (CO2) является продуктом реакции, то количество вещества CO2, образовавшегося при полном превращении CaCO3, равно количеству вещества CaCO3:
n(CO2) = 0,8 моль
Теоретически возможный объем углекислого газа при н. у. можно рассчитать по уравнению состояния идеального газа:
V(CO2) = n(CO2) * Vm / N_A * T
Vm — молярный объем газа при н. у. (Vm = 22,4 л/моль)
N_A — постоянная Авогадро (N_A = 6,02 * 10^23 моль^-1)
T — температура при н. у. (T = 273 К)
V(CO2) = 0,8 моль * 22,4 л/моль / 6,02 * 10^23 моль^-1 * 273 К = 17,9 л
Так как выход углекислого газа составляет 80% от теоретически возможного, то фактический объем углекислого газа, образовавшегося при реакции, равен:
V(CO2) = 0,8 * 17,9 л = 14,3 л
Масса CO2 можно рассчитать по уравнению состояния идеального газа:
m(CO2) = n(CO2) * M(CO2) = 0,8 моль * 44 г/моль = 35,2 г
Так как CO2 является газом при н. у., то его объем при других условиях можно рассчитать по уравнению Клапейрона-Менделеева:
p1 * V1 / T1 = p2 * V2 / T2
p1 — давление при н. у. (p1 = 1 атм)
V1 — объем при н. у. (V1 = 14,3 л)
T1 — температура при н. у. (T1 = 273 К)
p2 — давление при заданных условиях (не задано в условии)
V2 — искомый объем при заданных условиях
T2 — температура при заданных условиях (не задано в условии)
Рассчитаем объем CO2 при комнатной температуре (T2 = 293 К) и давлении 1 атм:
V2 = p1 * V1 * T2 / T1 = 1 атм * 14,3 л * 293 К / 273 К = 15,3 л
Таким образом, масса и объем оксида углерода (IV), полученного при взаимодействии 80 г карбоната кальция с избытком соляной кислоты, равны:
масса CO2 = 35,2 г
объем CO2 при н. у. = 14,3 л
объем CO2 при комнатной температуре и давлении 1 атм = 15,3 л
