Дано:
Масса цинка: 5 г
Объем соляной кислоты: 100 мл
Концентрация соляной кислоты: 10,2%
Плотность раствора соляной кислоты: 1,05 г/см³
Температура: 20ºC
Давление: 750 мм рт. ст.
Найти:
1. Какое вещество и в каком количестве осталось в избытке.
2. Объем выделившегося водорода.
Решение:
1. Рассчитаем количество соляной кислоты (HCl) в массе, добавленной к цинку:
Масса HCl = объем * плотность * концентрация
Масса HCl = 100 мл * 1,05 г/мл * 0,102 = 10,5 г
Мольная масса Zn = 65,38 г/моль
Мольная масса HCl = 36,46 г/моль
Необходимое количество HCl для реакции с Zn:
n(HCl) = m(HCl) / M(HCl) = 10,5 г / 36,46 г/моль ≈ 0,288 моль
Необходимая масса Zn для полного превращения:
m(Zn) = n(Zn) * M(Zn) = 0,288 моль * 65,38 г/моль ≈ 18,8 г
Таким образом, для полного превращения требуется 18,8 г цинка, а имеется только 5 г, следовательно, цинк останется в избытке.
2. Объем выделившегося водорода можно рассчитать по уравнению реакции и закону Гей-Люссака-Лапласа:
Zn + 2HCl -> ZnCl2 + H2
1 моль Zn -> 1 моль H2
Давление водорода можно найти по уравнению состояния для идеального газа:
PV = nRT
P = nRT/V
где P - давление, V - объем, n - количество вещества, R - универсальная газовая постоянная, T - температура в Кельвинах.
n(H2) = n(Zn)
P(H2) = n(H2)RT/V
P(H2) = (m/Zn)RT/(M/H2)V
Подставляя значения, получим:
P(H2) = (5 г / 65,38 г/моль) * 8,31 Дж/(моль*К) * 293 K / V
P(H2) = 0,381 Вт/см² / V
Решив уравнение относительно V, найдем объем выделившегося водорода:
V = (0,381 Вт/см²) / (750 мм рт. ст. * 1333,22 Вт/см²)
V ≈ 0,002 м³
Ответ:
1. Цинк останется в избытке.
2. Объем выделившегося водорода составит приблизительно 0,002 м³.