Question

Газообразную смесь водорода и хлора поместили в реактор объёмом 2,00 дм3 и осветили ультрафиолетовым светом. При этом в реакторе произошла бурная химическая реакция (в виде микровзрыва). После охлаждения до 5 о С в реактор ввели водный раствор, содержащий 12,0 г гидроксида натрия, выдержали некоторое время при 5 о С, а затем добавили дистиллированную воду до полного заполнения реактора. При этом всё содержимое реактора было поглощено раствором. В результате поглощения содержимого реактора масса раствора увеличилась на 5,00 г. Полученный раствор упарили в инертной атмосфере до массы 200 г. а) Рассчитайте массовые доли водорода и хлора в исходной смеси, если её плотность по воздуху равна 1,457. б) Рассчитайте массовые доли всех веществ в полученном после упаривания растворе массой 200 г. в) Приведите уравнения реакций, протекающих в описанном эксперименте.

Answer 1

дано:
- объем реактора V = 2,00 дм3 = 2,00 л = 2,00 * 10^-3 м3,
- плотность газовой смеси по воздуху d = 1,457,
- масса NaOH = 12,0 г,
- увеличение массы раствора = 5,00 г,
- масса конечного раствора после упаривания = 200 г.

найти:
а) массовые доли водорода и хлора в исходной смеси.
б) массовые доли всех веществ в полученном растворе после упаривания.
в) уравнения реакций, протекающих в эксперименте.

решение:

а) Для начала найдем массу газовой смеси. Используя плотность, можно рассчитать массу смеси:

d = m / V ⇒ m = d * V.

Применяем значения:

m = 1,457 * (1,225 * 10^3) * 2,00 * 10^-3 ≈ 3,57 г.

Теперь пусть x — масса водорода, y — масса хлора. Учитывая молекулярные массы H2 = 2 г/моль и Cl2 = 71 г/моль, мы можем написать систему уравнений:

x + y = 3,57 г (1)

Согласно реакции:

H2 + Cl2 → 2HCl.

В данном случае соотношение между массами водорода и хлора будет равно:

x / 2 + y / 71 = n,

где n - количество образовавшегося HCl. Поскольку общее количество вещества остается прежним, мы можем записать:

массовая доля H2 = x / (x + y),
массовая доля Cl2 = y / (x + y).

Теперь подставим (1) и решим для x и y.

Решив систему, находим:

x = 1,26 г,
y = 2,31 г.

массовая доля водорода:

w_H2 = x / m_total = 1,26 / 3,57 ≈ 0,353.

массовая доля хлора:

w_Cl2 = y / m_total = 2,31 / 3,57 ≈ 0,647.

Ответ: массовые доли водорода 35,3%, хлора 64,7%.

б) После реакции H2 с Cl2 образуется HCl. Образовалось 3,57 г HCl. Теперь определим массу раствора после добавления NaOH и воды:

масса раствора до добавления NaOH = 5,00 г (увеличение) + 200 г (конечная масса) - 12 г (NaOH) = 193 г.

Теперь определим массы компонентов в растворе:

масса HCl в растворе = 3,57 г,
масса NaOH = 12,0 г,
масса H2O = 193 г.

Общая масса раствора = 3,57 г + 12,0 г + 193 г = 208,57 г.

Теперь находим массовые доли каждого компонента в растворе массой 200 г:

массовая доля HCl:

w_HCl = 3,57 / 200 = 0,01785 или 1,785%.

массовая доля NaOH:

w_NaOH = 12 / 200 = 0,06 или 6,0%.

массовая доля H2O:

w_H2O = 193 / 200 = 0,965 или 96,5%.

в) Уравнения реакций:

1) Реакция между водородом и хлором:

H2 + Cl2 → 2HCl.

2) Реакция нейтрализации:

HCl + NaOH → NaCl + H2O.

Ответы:

а) Массовые доли водорода 35,3% и хлора 64,7%.
б) Массовая доля HCl 1,785%, NaOH 6,0%, H2O 96,5%.
в) Уравнения реакций приведены выше.