Какой объём водорода (н.у.) и количество вещества соли образуется при взаимодействии с цинком 196 г раствора серной кислоты с массовой долей кислоты 5%?
Дано: m(раствора)=196 г, ω(H2SO4)=5%
Найти: V(H2)-?, n(ZnSO4)-?
Решение
1-й способ
1. Рассчитываем массу cерной кислоты в растворе:
m(H2SO4)=(ω(H2SO4)•m(раствора)):100%=5%•196 г:100%=9,8 г
2. Количество вещества cерной кислоты массой 9,8 г вычисляем по формуле: n=m/M, где M ― молярная масса.
M(H2SO4)=98 г/моль
n(H2SO4)=m(H2SO4)/M(H2SO4)=9,8 г : 98 г/моль=0,1 моль
3. Составим химическое уравнение:
Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2↑
По уравнению реакции n(H2SO4):n(ZnSO4):n(H2)=1:1:1, количество вещества одинаковое, поэтому:
n(H2)=n(ZnSO4)=n(H2SO4)=0,1 моль
4. Объём водорода количеством вещества 0,1 моль рассчитываем по формуле: V=n•VM, где VM ― молярный объём.
V(Н2)=n(Н2)•VM=0,1 моль • 22,4 л/моль=2,24 л
2-й способ
1. Рассчитываем массу cерной кислоты в растворе:
m(H2SO4)=(ω(H2SO4)•m(раствора)):100%=5%•196 г:100%=9,8 г
2. Составим химическое уравнение:
9,8 г х моль у л
H2SO4 + Zn = ZnSO4 + H2↑
98 г 1 моль 22,4 л
Над формулами соединений H2SO4, ZnSO4 и H2 записываем вычисленную массу серной кислоты (9,8 г) и неизвестные количество вещества сульфата цинка и объём водорода (х моль и у л соответственно), а под формулами соединений ― массу и объём соответствующего количества вещества согласно коэффициентам в химическом уравнении. При н.у. 1 моль любого газа занимает объем 22,4 л.
M(H2SO4)=98 г/моль, масса 1 моль=98 г
3. Количество вещества сульфата цинка рассчитываем с помощью пропорции:
9,8 г / 98 г = х моль / 1 моль, отсюда
х=n(ZnSO4)=9,8 г • 1 моль : 98 г=0,1 моль
4. Объём водорода рассчитываем с помощью пропорции:
9,8 г / 98 г = у л / 22,4 л, отсюда
х=V(H2)=22,4 л • 9,8 г : 98 г=2,24 л
Ответ: при взаимодействии с цинком 196 г раствора серной кислоты с массовой долей кислоты 5% образуется 0,1 моль соли сульфата цинка и 2,24 л водорода.