60БАЛЛ!!! Смесь меди и железа массой 20 г растворяли в водном растворе соляной кислоты. В результате реакции выделился газ с выходом 75% и объемом 4,2 л (в год). Рассчитайте массу меди в смеси.
Ответы
Ответ:
В данной задаче необходимо использовать закон Дальтона, который утверждает, что суммарное давление смеси газов равно сумме давлений каждого из газов в отдельности, если бы они находились в сосуде одни. Также необходимо учитывать массовую долю меди в смеси.
Для начала необходимо определить, какой газ выделился при реакции. Для этого воспользуемся формулой идеального газа:
pV = nRT
где p - давление газа, V - его объем, n - количество вещества, R - универсальная газовая постоянная, T - температура газа.
Выразим количество вещества газа из этой формулы:
n = pV/RT
Так как объем и температура газа не менялись, то количество вещества газа пропорционально его давлению. Поэтому можем написать:
n1/p1 = n2/p2
где n1 - количество вещества газа, выделившегося при реакции, p1 - его давление, n2 - количество вещества чистого газа при тех же условиях, p2 - его давление.
Так как чистый газ является кислородом, а его давление при тех же условиях равно 1 атмосфере, то:
n1/p1 = n2/1
n1/p1 = n2
Так как выход газа составил 75%, то количество вещества газа, выделившегося при реакции, равно 0,75*4,2 = 3,15 л (в год).
Для расчета количества вещества железа в смеси воспользуемся химическим уравнением реакции:
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2
Молярная масса Fe = 56 г/моль, молярная масса H2 = 2 г/моль. Так как на 1 моль Fe приходится 1 моль H2, то количество вещества железа в смеси равно:
n(Fe) = 3,15/2 = 1,575 моль
Масса железа в смеси равна:
m(Fe) = n(Fe)M(Fe) = 1,57556 = 88,2 г
Далее необходимо рассчитать массовую долю меди в смеси. Для этого воспользуемся массовым процентом:
mass%Cu = m(Cu)/(m(Cu) + m(Fe)) * 100%
Так
Ответ:
Для решения этой задачи нам нужно сначала выяснить, сколько вещества было использовано в реакции. Для этого можно воспользоваться уравнением реакции и законом Дальтона:
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
Cu + 2HCl → CuCl2 + H2
Молярная масса железа Fe = 56 г/моль, молярная масса меди Cu = 63,5 г/моль.
Обозначим через x массу меди в смеси, тогда масса железа будет равна (20 - x) г.
Так как газ выделился с выходом 75%, то количество газа, выделившегося в результате реакции, составляет 0,75 моль:
4,2 л (в год) = 0,0042 м3
При нормальных условиях (0°C, 1 атм) 1 моль газа занимает объем 0,0224 м3, следовательно, количество газа в молях равно:
0,0042 м3 / 0,0224 м3/моль = 0,1875 моль
Для реакции с железом нужен 1 моль железа, а для реакции с медью нужен 1 моль меди. Так как газ выделился из обоих веществ, то можно записать уравнение:
0,1875 моль = n(Fe) + n(Cu) = (20-x)/56 + x/63.5
Решая это уравнение, найдем x - массу меди в смеси:
0,1875 = (20-x)/56 + x/63.5
0,1875 = (450 - 8x + 9.0x)/1981
x = 4.61 г
Таким образом, масса меди в смеси равна 4,61 г.
Объяснение: