Каков объем газа, полученного в результате взаимодействия 5 г алюминия с 442.1 г воды, в литрах при нормальных

Shumnyy_Popugay

1

Для решения этой задачи нам понадобятся знания об химических реакциях и стехиометрии. Давайте разберемся пошагово.

Шаг 1: Запишем химическое уравнение реакции
Реакция между алюминием (Al) и водой (H₂O) приводит к образованию алюминия гидроксида (Al(OH)₃) и выделению водорода (H₂):
\[2Al + 6H₂O \rightarrow 2Al(OH)₃ + 3H₂\]

Шаг 2: Расчет количества алюминия и воды
У нас дано, что масса алюминия (m(Al)) равна 5 г, а масса воды (m(H₂O)) равна 442.1 г.

Шаг 3: Рассчитаем количество вещества алюминия и воды
Для этого воспользуемся молярными массами веществ. Молярная масса алюминия (M(Al)) равна 26.98 г/моль, а молярная масса воды (M(H₂O)) равна 18.02 г/моль.

Количество вещества алюминия (n(Al)) можно рассчитать по формуле:
\[n(Al) = \frac{m(Al)}{M(Al)}\]
Подставляя значения:
\[n(Al) = \frac{5}{26.98} \approx 0.1853 \ моль\]

Аналогично для воды:
\[n(H₂O) = \frac{m(H₂O)}{M(H₂O)}\]
Подставляя значения:
\[n(H₂O) = \frac{442.1}{18.02} \approx 24.52 \ моль\]

Шаг 4: Определение ограничивающего реагента
Для определения ограничивающего реагента нужно сравнить соотношение количества вещества алюминия и воды, затраченных на реакцию. Исходя из сбалансированного химического уравнения, видно, что каждый моль алюминия требует 3 моля воды.

\[2Al \ \ \ \ \ \ 3H₂O\]
\[0.1853 \ моль \ \ \ \ \ \ ? \ моль\]
\[1 \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 24.52\]

Получается, что соотношение между количеством вещества алюминия и воды равно примерно 1:24.52/0.1853 ≈ 1:132.27.

Это значит, что в данной реакции алюминий будет ограничивающим реагентом, так как для полного использования всего алюминия потребуется больше, чем 442.1 г воды.

Шаг 5: Расчет количества выделившегося водорода
Исходя из химического уравнения реакции, видно, что на каждый моль алюминия образуется 3 моля водорода. Следовательно, количество вещества водорода (n(H₂)) будет равно:
\[n(H₂) = 3n(Al)\]
Подставляя значение n(Al):
\[n(H₂) = 3 \cdot 0.1853 \approx 0.5559 \ моль\]

Шаг 6: Расчет объема водорода при нормальных условиях
Теперь, зная количество вещества водорода, мы можем рассчитать его объем при нормальных условиях, используя уравнение состояния идеального газа:
\[V = n \cdot V_m\]
где V - объем газа, n - количество вещества газа, V_m - молярный объем газа при нормальных условиях.

Молярный объем газа при нормальных условиях равен 22.4 л/моль.

Подставляя значение n(H₂):
\[V(H₂) = 0.5559 \cdot 22.4 \approx 12.45 \ литров\]

Таким образом, объем газа водорода, полученного в результате реакции алюминия с водой при нормальных условиях, составляет примерно 12.45 литров.