Вопрос школьника
Какой объём водорода образуется при взаимодействии с 0,5 л воды 20 г кальция, содержащего 5% примесей? Рассчитайте массовую долю щёлочи в полученном растворе
Ответ от учителя
Уравнение реакции между кальцием и водой:
Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2
Молярная масса кальция (Ca) = 40 г/моль
Молярная масса воды (H2O) = 18 г/моль
Масса 20 г кальция содержит моль:
n(Ca) = 20 г / 40 г/моль = 0,5 моль
Масса воды, участвующей в реакции:
m(H2O) = 0,5 л × 1000 г/л = 500 г
Количество молей воды:
n(H2O) = 500 г / 18 г/моль = 27,78 моль
Количество молей водорода, образующегося при реакции:
n(H2) = n(Ca) = 0,5 моль
Объем водорода при нормальных условиях (0°C, 1 атм):
V(H2) = n(H2) × 22,4 л/моль = 11,2 л
Теперь рассчитаем массовую долю щелочи в полученном растворе. Поскольку кальций реагирует с водой, образуется гидроксид кальция (Ca(OH)2), который является щелочью.
Молярная масса гидроксида кальция (Ca(OH)2) = 74 г/моль
Масса гидроксида кальция, образовавшегося при реакции:
m(Ca(OH)2) = n(Ca(OH)2) × M(Ca(OH)2) = 0,5 моль × 74 г/моль = 37 г
Масса полученного раствора:
m(раствора) = m(H2O) + m(Ca(OH)2) = 500 г + 37 г = 537 г
Массовая доля щелочи в растворе:
% щелочи = (m(Ca(OH)2) / m(раствора)) × 100% = (37 г / 537 г) × 100% ≈ 6,9%
Таким образом, при взаимодействии 20 г кальция с 0,5 л воды образуется 11,2 л водорода и получается раствор, содержащий около 6,9% щелочи.
