Какой объем водорода образуется при реакции цинка массой 23 г с избытком разбавленной серной кислоты, если выход

Шоколадный_Ниндзя

14

Для решения этой задачи нам необходимо использовать стехиометрические соотношения и молярные массы веществ.

Сначала найдем количество вещества цинка, используя его массу и молярную массу. Молярная масса цинка (Zn) составляет примерно 65,38 г/моль. Для этого используем формулу:

\[
n_{\text{Zn}} = \frac{m_{\text{Zn}}}{M_{\text{Zn}}}
\]

где \(n_{\text{Zn}}\) - количество вещества цинка, \(m_{\text{Zn}}\) - масса цинка, \(M_{\text{Zn}}\) - молярная масса цинка.

Подставляя значения в формулу, получаем:

\[
n_{\text{Zn}} = \frac{23 \, \text{г}}{65,38 \, \text{г/моль}} \approx 0,351 \, \text{моль}
\]

Теперь на основе данного молярного соотношения рассчитаем количество молей водорода, которое образуется при реакции данного количества цинка. Реакция следующая:

\[
\text{Zn} + \text{H}_2\text{SO}_4 \to \text{ZnSO}_4 + \text{H}_2
\]

Стехиометрическое соотношение между цинком и водородом в данной реакции равно 1:1. То есть каждая моль цинка реагирует с одной молью серной кислоты, образуя одну моль водорода. Таким образом, количество молей водорода будет таким же, как и количество молей цинка:

\[
n_{\text{H}_2} = 0,351 \, \text{моль}
\]

Теперь, учитывая, что выход продукта составляет 97%, мы можем рассчитать фактическое количество водорода, которое образуется при реакции. Процентный выход можно интерпретировать как отношение фактического количества водорода к теоретическому количеству водорода.

\[
\text{Фактическое количество водорода} = \text{Выход} \times n_{\text{H}_2}
\]

где \(n_{\text{H}_2}\) - количество молей водорода.

Подставляя значения, получаем:

\[
\text{Фактическое количество водорода} = 0,97 \times 0,351 \, \text{моль} \approx 0,34 \, \text{моль}
\]

Наконец, для перевода количества водорода в объем, воспользуемся уравнением состояния идеального газа:

\[
PV = nRT
\]

где \(P\) - давление газа, \(V\) - объем газа, \(n\) - количество молей газа, \(R\) - универсальная газовая постоянная, \(T\) - температура газа.

При комнатной температуре и давлении универсальная газовая постоянная \(R\) равна примерно 0,0821 \(\text{л} \cdot \text{атм}/(\text{моль} \cdot \text{К}\)). В данной задаче давление не указано, поэтому мы можем предположить, что используется стандартное комнатное давление 1 атмосфера.

Переставляя уравнение, мы можем выразить объем \(V\):

\[
V = \frac{nRT}{P}
\]

Подставляя значения, получаем:

\[
V = \frac{0,34 \, \text{моль} \times 0,0821 \, \text{л} \cdot \text{атм}/(\text{моль} \cdot \text{К}) \times 298 \, \text{К}}{1 \, \text{атм}} \approx 8,2 \, \text{л}
\]

Таким образом, при реакции цинка массой 23 г с избытком разбавленной серной кислоты образуется примерно 8,2 л водорода.