Вопрос школьника
Какой объём (н.у.) водорода теоретически необходим для синтеза 200 л (н.у.) хлороводорода из простых веществ?
Ответ от учителя
Для синтеза 200 л (н.у.) хлороводорода необходимо знать соотношение реагентов в реакции синтеза хлороводорода:
H2 + Cl2 → 2HCl
Из уравнения видно, что для образования 2 молей HCl необходимо 1 моль H2 и 1 моль Cl2. Таким образом, для образования 200 л (н.у.) HCl необходимо 100 моль H2 и 100 моль Cl2.
Далее, необходимо рассчитать массу водорода и хлора, которые нужны для образования 100 моль каждого из них. Для этого используется молярная масса:
M(H2) = 2 г/моль
M(Cl2) = 71 г/моль
Таким образом, масса необходимого водорода будет равна:
m(H2) = 100 моль × 2 г/моль = 200 г
Масса необходимого хлора будет равна:
m(Cl2) = 100 моль × 71 г/моль = 7100 г = 7,1 кг
Далее, необходимо рассчитать объем водорода и хлора при нормальных условиях (н.у.). Для этого используется уравнение состояния идеального газа:
V = nRT/P
где V — объем газа, n — количество вещества (моль), R — универсальная газовая постоянная (0,0821 л·атм/моль·К), T — температура (в Кельвинах), P — давление (в атмосферах).
При нормальных условиях температура равна 273 К, а давление равно 1 атмосфере. Таким образом, объем 1 моля газа при нормальных условиях будет равен:
V = nRT/P = 1 моль × 0,0821 л·атм/моль·К × 273 К/1 атм = 22,4 л
Таким образом, объем 100 моль водорода при нормальных условиях будет равен:
V(H2) = 100 моль × 22,4 л/моль = 2240 л (н.у.)
Объем 100 моль хлора при нормальных условиях будет равен:
V(Cl2) = 100 моль × 22,4 л/моль = 2240 л (н.у.)
Таким образом, для синтеза 200 л (н.у.) хлороводорода необходимо 200 л (н.у.) водорода и 200 л (н.у.) хлора, что соответствует 8,93 моль водорода и 8,93 моль хлора. Масса водорода будет равна 17,86 г, а масса хлора — 634,3 г.
