Вопрос школьника
Смесь равных по массе Zn и CaCO3 обработали избытком соляной кислоты. Найдите плотность полученной смеси газов, равную отношению суммарной массы газов к их суммарному объему.
Ответ от учителя
При обработке смеси избытком соляной кислоты происходит реакция:
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2↑ + H2O
Таким образом, в результате реакции образуется водород и углекислый газ. Общее уравнение реакции:
Zn + CaCO3 + 2HCl → ZnCl2 + CaCl2 + CO2↑ + H2↑
Масса Zn и CaCO3 в смеси равна, поэтому можно считать, что на каждый моль Zn приходится один моль CaCO3. Молярная масса Zn равна 65,38 г/моль, молярная масса CaCO3 равна 100,09 г/моль.
Масса Zn в смеси равна массе CaCO3:
m(Zn) = m(CaCO3) = 0,5m
Масса H2, выделенного при реакции, равна массе Zn:
m(H2) = m(Zn) = 0,5m
Масса CO2, выделенного при реакции, равна массе CaCO3:
m(CO2) = m(CaCO3) = 0,5m
Объем H2, выделенного при реакции, можно найти по уравнению состояния идеального газа:
V(H2) = n(H2)RT/P
где n(H2) — количество вещества водорода, R — универсальная газовая постоянная, T — температура, P — давление.
Количество вещества водорода можно найти по массе и молярной массе:
n(H2) = m(H2)/M(H2)
где M(H2) — молярная масса водорода, равная 2 г/моль.
Таким образом, объем H2 равен:
V(H2) = m(H2)RT/PM(H2) = (0,5m)(0,0821*298)/101325*2 = 0,012 м3
Объем CO2 можно найти аналогично:
V(CO2) = m(CO2)RT/PM(CO2) = (0,5m)(0,0821*298)/101325*44 = 0,022 м3
Суммарный объем газов равен:
V = V(H2) + V(CO2) = 0,012 + 0,022 = 0,034 м3
Суммарная масса газов равна:
m = m(H2) + m(CO2) = 0,5m + 0,5m = m
Плотность газов равна:
ρ = m/V = m/(V(H2) + V(CO2)) = m/(0,034 м3)
Ответ: плотность полученной смеси газов равна массе смеси, деленной на 0,034 м3.
