Дано:
- Объем смеси водорода и гелия = 31,36 л (н. у.)
- Уменьшение массы оксида меди (II) = 12,8 г
- Молярная масса водорода (H2) = 2 г/моль
- Молярная масса гелия (He) = 4 г/моль
- Молярная масса оксида меди (II) (CuO) = 63,55 + 16 = 79,55 г/моль
Найти:
- Массовую долю водорода в исходной смеси.
Решение:
1. Находим количество моль газа в смеси:
При нормальных условиях 1 моль газа занимает 22,4 л.
Количество моль смеси = 31,36 л / 22,4 л/моль ≈ 1,4 моль.
2. Обозначим количество моль водорода в смеси как x, тогда количество моль гелия в смеси будет (1,4 - x).
3. Найдем массы компонентов смеси:
Масса водорода = x * 2 г/моль.
Масса гелия = (1,4 - x) * 4 г/моль.
4. Общая масса смеси:
Общая масса = 2x + 4(1,4 - x) = 2x + 5,6 - 4x = 5,6 - 2x.
5. Изменение массы оксида меди связано с восстановлением меди, где:
CuO + H2 → Cu + H2O
1 моль CuO реагирует с 1 моль H2.
6. Учитывается, что 12,8 г CuO соответствует количеству моль:
Количество моль CuO = 12,8 г / 79,55 г/моль ≈ 0,161 моль.
7. Это означает, что столько же моль водорода использовалось для реакции:
x = 0,161 моль.
8. Подставим x в уравнение для массы смеси:
Общая масса = 5,6 - 2*0,161 = 5,6 - 0,322 = 5,278 г.
9. Масса водорода в смеси:
Масса водорода = 0,161 моль * 2 г/моль = 0,322 г.
10. Рассчитаем массовую долю водорода в смеси:
Массовая доля водорода = (масса водорода / общая масса смеси) * 100% = (0,322 г / 5,278 г) * 100% ≈ 6,10%.
Ответ:
Массовая доля водорода в исходной смеси составляет примерно 6,10%.