Вопрос школьника
На магний количеством веществ 8 моль подействовали избытком раствора серной кислоты. Какая масса соли? Какой объем газа выделился?
Ответ от учителя
Для решения задачи необходимо использовать химическое уравнение реакции между магнием и серной кислотой:
Mg + H2SO4 → MgSO4 + H2
Из уравнения видно, что на каждый моль магния требуется один моль серной кислоты. Так как в данной задаче магния 8 моль, то для его полного реагирования потребуется 8 моль серной кислоты.
Если на магний подействовал избыток раствора серной кислоты, то все 8 моль магния должны были реагировать. Следовательно, избыток серной кислоты не участвовал в реакции.
Масса магния можно вычислить, зная его молярную массу:
m(Mg) = n(Mg) * M(Mg) = 8 моль * 24,31 г/моль = 194,48 г
Так как магний полностью реагировал с серной кислотой, то количество полученной соли (MgSO4) также равно 8 моль.
Массу соли можно вычислить, зная ее молярную массу:
m(MgSO4) = n(MgSO4) * M(MgSO4) = 8 моль * (24,31 г/моль + 32,06 г/моль + 4 * 16,00 г/моль) = 952,64 г
Объем выделившегося водорода можно вычислить по уравнению состояния идеального газа:
V(H2) = n(H2) * R * T / P
где n(H2) — количество выделившегося водорода, R — универсальная газовая постоянная, T — температура, P — давление.
Так как водород выделился при стандартных условиях (температура 0 °C, давление 1 атм), то можно использовать стандартные значения для R и T:
R = 0,0821 л*атм/(моль*К)
T = 273 К
Давление можно выразить через концентрацию серной кислоты, зная ее плотность и молярную массу:
P = ρ(H2SO4) * c(H2SO4) * R(H2SO4) / M(H2SO4)
где ρ(H2SO4) — плотность серной кислоты, c(H2SO4) — концентрация серной кислоты, R(H2SO4) — газовая постоянная для серной кислоты, M(H2SO4) — молярная масса серной кислоты.
Плотность серной кислоты при стандартных условиях составляет около 1,84 г/мл. Концентрация избыточной серной кислоты неизвестна, поэтому для оценки давления можно использовать концентрацию 1 М (то есть 1 моль серной кислоты на литр раствора). Газовая постоянная для серной кислоты равна 0,0138 л*атм/(моль*К), молярная масса серной кислоты — 98,08 г/моль.
Таким образом, давление можно вычислить следующим образом:
P = 1,84 г/мл * 1 М * 0,0138 л*атм/(моль*К) / 98,08 г/моль = 0,025 атм
Теперь можно вычислить количество выделившегося водорода:
n(H2) = P * V(H2) / (R * T) = 0,025 атм * V(H2) / (0,0821 л*атм/(моль*К) * 273 К) = V(H2) / 112,2 мл/моль
Таким образом, объем выделившегося водорода равен:
V(H2) = n(H2) * 112,2 мл/моль = 8 моль * 112,2 мл/моль = 897,6 мл.
