Какова объемная доля выхода продукта реакции при взаимодействии 60 г технического кальция с 2% примесей с водой

Solnechnyy_Pirog_2856

58

Для решения этой задачи, нам нужно рассмотреть данную реакцию и воспользоваться стехиометрией для определения объёмной доли выхода продукта.

Рассмотрим химическую реакцию:

$$Ca+2H_{2}O\to Ca(OH{)}_2+H_2$$

Из уравнения реакции видно, что каждый моль кальция (Ca) реагирует с двумя молями воды (H2O) и образует один моль гидроксида кальция (Ca(OH)2) и один моль водорода (H2).

Первым шагом, нам необходимо определить количество молей кальция, используя его молярную массу (40 г/моль) и массу данного вещества (60 г).

$$n(Ca)={\displaystyle \frac{m(Ca)}{M(Ca)}}={\displaystyle \frac{60}{40}}=1.5\text{ моль}$$

Затем, учитывая, что имеется всего 2% примесей, можно вычислить массу чистого кальция:

$$m(\text{чистый Ca})=m(Ca)-m(\text{примеси})=60-0.02\times 60=58.8\text{ г}$$

Теперь, зная количество молей кальция, мы можем найти количество молей водорода, используя соотношение в уравнении реакции.

$$n(H_2)=1.5\times 1=1.5\text{ моль}$$

Поскольку мы знаем объём водорода (30 л) при нормальных условиях (обычное давление и температура), мы можем найти его количество в молях, используя уравнение состояния идеального газа:

$$PV=nRT$$

Где P - давление, V - объем, n - количество молей, R - газовая постоянная (0.0821 л * атм/моль * К), T - температура в Кельвинах.

Раскрывая уравнение, получаем:

$$n={\displaystyle \frac{PV}{RT}}$$

Подставляя известные значения:

$$n(H_2)={\displaystyle \frac{30\times 1}{0.0821\times 273}}=1.165\text{ моль}$$

Таким образом, мы определили количество молей водорода, полученного в реакции.

Наконец, для определения объёмной доли выхода продукта, мы сравниваем количество молей водорода, которое мы получили (1.165 моль), с количеством молей, которое мы могли бы получить, если бы все 60 г кальция прореагировали полностью.

$$n(\text{всего возможного H\_2})=n(Ca)\times 1=1.5\times 1=1.5\text{ моль}$$

Теперь можем найти объёмную долю выхода продукта, используя следующую формулу:

$$\text{Объёмная доля}={\displaystyle \frac{n(\text{обычно полученного H\_2})}{n(\text{всего возможного H\_2})}}\times 100\mathrm{\%}$$

$$\text{Объёмная доля}={\displaystyle \frac{1.165}{1.5}}\times 100\mathrm{\%}=77.67\mathrm{\%}$$

Таким образом, объёмная доля выхода продукта реакции при взаимодействии 60 г технического кальция с 2% примесей с водой составляет около 77.67%.