Вопрос школьника
Газ, выделившийся при обработке 26,1 г оксида марганца (IV) избытком концентрированной соляной кислоты, пропустили через раствор иодида калия. Определите массу выделившегося при этом иода.
Ответ от учителя
Уравнение реакции между оксидом марганца (IV) и соляной кислотой:
MnO2 + 4HCl → MnCl2 + 2H2O + Cl2
Из уравнения видно, что при реакции выделяется хлор, а не иод. Однако, если газ, выделившийся при реакции, пропустить через раствор иодида калия, то произойдет следующая реакция:
Cl2 + 2KI → 2KCl + I2
Таким образом, иод выделяется в результате реакции между хлором и иодидом калия.
Для решения задачи необходимо сначала определить количество выделившегося хлора. Для этого воспользуемся законом Дальтона:
V(Cl2) / V(общий) = P(Cl2) / P(общий)
где V(Cl2) — объем выделившегося хлора, V(общий) — общий объем газов, выделившихся при реакции, P(Cl2) — парциальное давление хлора, P(общий) — общее давление газов.
Общий объем газов можно определить по условию задачи: он равен объему газа, выделившегося при реакции с оксидом марганца (IV). Для расчета парциального давления хлора воспользуемся законом Дальтона:
P(Cl2) = P(общий) * (V(Cl2) / V(общий))
Общее давление газов можно определить по условию задачи: оно равно давлению водяного пара при температуре эксперимента.
После определения количества выделившегося хлора можно рассчитать количество выделившегося иода по уравнению реакции между хлором и иодидом калия.
Итак, решение задачи:
1. Рассчитаем количество выделившегося хлора.
Для этого необходимо определить общий объем газов и парциальное давление хлора.
Общий объем газов:
V(общий) = V(Cl2) = n(Cl2) * Vm
где n(Cl2) — количество молей хлора, выделившегося при реакции, Vm — молярный объем газа при стандартных условиях (22,4 л/моль).
n(Cl2) = m(Cl2) / M(Cl2)
где m(Cl2) — масса выделившегося хлора, M(Cl2) — молярная масса хлора (70,9 г/моль).
m(Cl2) = 2 * n(Cl2) * M(Cl2) = 2 * (26,1 г / 70,9 г/моль) * 70,9 г/моль = 51,0 г
Общий объем газов:
V(общий) = n(Cl2) * Vm = (26,1 г / 70,9 г/моль) * 22,4 л/моль = 8,22 л
Парциальное давление хлора:
P(Cl2) = P(общий) * (V(Cl2) / V(общий)) = 0,03 атм * (8,22 л / 10 л) = 0,0246 атм
2. Рассчитаем количество выделившегося иода.
Для этого воспользуемся уравнением реакции между хлором и иодидом калия:
Cl2 + 2KI → 2KCl + I2
Количество выделившегося иода равно количеству иодида калия, реагировавшего с хлором.
n(I2) = n(KI) * 2
где n(KI) — количество молей иодида калия, реагировавшего с хлором.
n(KI) = m(KI) / M(KI)
где m(KI) — масса иодида калия, M(KI) — молярная масса иодида калия (166 г/моль).
m(KI) = n(KI) * M(KI) = (P(KI) * V(KI)) / (R * T) * M(KI)
где P(KI) — концентрация иодида калия в растворе, V(KI) — объем раствора, R — универсальная газовая постоянная, T — температура эксперимента.
Подставляем значения:
m(KI) = (0,1 М * 0,1 л) / (0,082 л*атм/(моль*К) * 298 К) * 166 г/моль = 0,68 г
n(KI) = m(KI) / M(KI) = 0,68 г / 166 г/моль = 0,0041 моль
n(I2) = n(KI) * 2 = 0,0082 моль
m(I2) = n(I2) * M(I2) = 0,0082 моль * 254 г/моль = 2,08 г
Ответ: масса выделившегося иода равна 2,08 г.
