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:

\[Ca + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + H_2\]

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).

\[n(Ca) = \dfrac{m(Ca)}{M(Ca)} = \dfrac{60}{40} = 1.5 \text{ моль}\]

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:

\[n = \dfrac{PV}{RT}\]

Подставляя известные значения:

\[n(H_2) = \dfrac{30 \times 1}{0.0821 \times 273} = 1.165 \text{ моль}\]

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:

\[\text{Объёмная доля} = \dfrac{n(\text{обычно полученного H_2})}{n(\text{всего возможного H_2})} \times 100\%\]

\[\text{Объёмная доля} = \dfrac{1.165}{1.5} \times 100\% = 77.67\%\]

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