Question

Хлороводород представляет собой достаточно токсичный газ, предельно допустимая массовая концентрация которого в воздухе составляет 5 мкг/дм3. Хлороводород обладает высокой летучестью, и поэтому при хранении соляной кислоты в неплотно закрытых сосудах в лаборатории могут создаваться его опасные для здоровья концентрации.
а)  Чему может быть равна максимальная массовая концентрация хлороводорода в классной комнате размером 12 х 6,0 х 4,0 м, если в ней разлито на пол 10 см3 соляной кислоты с массовой долей НС1, равной 36 % и плотностью 1,18 г/см3?
б)  Примем, что объём легких составляет 2,0 дм3. В состоянии покоя школьник в среднем делает один вдох-выдох через каждые 8 с, причём лёгкие вентилируются примерно на 80 % по объёму. Какое число молекул НС1 попадёт в лёгкие в течение 3,0 минут нахождения в комнате из пункта а)?
в)  Как получают соляную кислоту в промышленности? Как её можно получить в лабораторных условиях? Кратко поясните ответ и приведите уравнения соответствующих реакций.

Answer 1

дано:
- Размеры классной комнаты: 12 м х 6,0 м х 4,0 м.
- Объем соляной кислоты: 10 см3.
- Массовая доля HCl в соляной кислоте: 36 %.
- Плотность соляной кислоты: 1,18 г/см3.
- Объем легких: 2,0 дм3 = 2000 см3.
- Вентиляция легких: 80 % от объема легких.
- Время вдоха-выдоха: 8 с.
- Время нахождения в комнате: 3,0 мин = 180 с.

найти:
а) Максимальная массовая концентрация HCl в комнате.
б) Число молекул HCl, попадающее в легкие через 3,0 минуты.
в) Способы получения соляной кислоты и уравнения реакций.

решение:
а)
1. Найдем объем комнаты:
V_room = 12 м * 6,0 м * 4,0 м = 288 м3 = 288000 дм3.
2. Найдем массу соляной кислоты:
масса HCl = объем * плотность = 10 см3 * 1,18 г/см3 = 11,8 г.
3. Найдем массу HCl в соляной кислоте:
масса HCl = 11,8 г * 0,36 = 4,248 г.
4. Переведем массу в микрограммы:
4,248 г = 4248000 мкг.
5. Найдем массовую концентрацию HCl в комнате:
концентрация = масса / объем = 4248000 мкг / 288000 дм3 ≈ 14,75 мкг/дм3.

б)
1. Найдем объем легких, который участвует в вентиляции:
V_breath = 2000 см3 * 0,80 = 1600 см3.
2. Найдем количество вдохов за 3 минуты:
число вдохов = 180 с / 8 с = 22,5 → принимаем 22 вдоха (округляя до целого числа).
3. Найдем общее количество воздуха, которое пройдет через легкие:
объем воздуха = 22 * V_breath = 22 * 1600 см3 = 35200 см3.
4. Рассчитаем максимальную массу HCl в этом объеме:
максимальная масса HCl = 14,75 мкг/дм3 * 35,2 дм3 = 520 мкг ~ 0,52 мг.
5. Найдем количество молекул HCl:
число молекул = (масса / молярная масса) * NA,
где молярная масса HCl = 36,46 г/моль, NA - число Авогадро ≈ 6,022 * 10^23 моль/моль.
число молекул = (0,52 * 10^-3 г / 36,46 г/моль) * (6,022 * 10^23 моль/моль) ≈ 8,57 * 10^19 молекул HCl.

в)
Соляную кислоту получают в промышленности путём взаимодействия хлора с водородом:
H2 + Cl2 → 2 HCl.
В лабораторных условиях можно получить соляную кислоту реакции между натрием и разбавленной серной кислотой:
NaCl + H2SO4 → NaHSO4 + HCl.
Полная нейтрализация может происходить по следующей реакции:
NaOH + HCl → NaCl + H2O.

ответ:
а) Максимальная массовая концентрация HCl в комнате составляет примерно 14,75 мкг/дм3.
б) За 3,0 минуты в легкие попадёт примерно 8,57 * 10^19 молекул HCl.
в) Соляную кислоту получают в промышленности реакцией H2 с Cl2; в лаборатории - взаимодействием NaCl с H2SO4 и NaOH с HCl.