Вопрос школьника
При взаимодействии 60 г технического кальция, содержащего 2% примесей, с водой было получено 30 л водорода (н. у.). Вычислите объемную долю выхода продукта реакции.
Ответ от учителя
Для решения задачи необходимо использовать химическое уравнение реакции между техническим кальцием и водой:
Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2
Из уравнения видно, что на каждый моль кальция, который реагирует с водой, образуется один моль водорода. Молярная масса кальция равна 40 г/моль, следовательно, в 60 г кальция содержится 1,5 моль (60 г / 40 г/моль).
Также известно, что было получено 30 л водорода (н. у.), что соответствует 1,33 моль (30 л / 22,4 л/моль).
Теперь можно вычислить, какой объем кальция был задействован в реакции:
1,5 моль кальция → 1,5 моль водорода
x моль кальция → 1,33 моль водорода
x = 0,89 моль кальция
Таким образом, было задействовано 0,89 моль кальция, что соответствует 35,6 г (0,89 моль x 40 г/моль).
Технический кальций содержит 2% примесей, следовательно, чистого кальция в нем содержится 98%. Объемная доля выхода продукта реакции можно вычислить по формуле:
объемная доля = (объем продукта / объем реакционной смеси) x 100%
Объем реакционной смеси можно приблизительно оценить как сумму объемов кальция и воды, то есть:
объем реакционной смеси = объем кальция + объем воды
Объем кальция можно вычислить, зная его массу и плотность. Плотность технического кальция примерно равна 1,55 г/см³. Следовательно, объем кальция равен:
объем кальция = масса кальция / плотность кальция = 35,6 г / 1,55 г/см³ = 22,97 см³
Объем воды, которая участвовала в реакции, равен объему полученного водорода, так как вода полностью превращается в газообразный водород. Следовательно, объем воды равен 30 л.
Теперь можно вычислить объемную долю выхода продукта реакции:
объемная доля = (объем продукта / объем реакционной смеси) x 100%
объем продукта = объем водорода = 30 л
объем реакционной смеси = объем кальция + объем воды = 22,97 см³ + 30 л = 30,02297 л
объемная доля = (30 л / 30,02297 л) x 100% = 99,93%
Таким образом, объемная доля выхода продукта реакции составляет примерно 99,93%.
