Дано:
- Общий объем смеси хлора и водорода = 35,84 л (н. у.)
- Объем воды = 200 мл = 0,2 л
- Массовая доля HCl в растворе = 12,74%
- Молярная масса HCl = 1 + 35,5 = 36,5 г/моль
Найти:
- Массовую долю водорода в исходной смеси газов.
Решение:
1. Найдем массу HCl, образовавшегося в растворе. Для этого сначала вычислим массу раствора.
Поскольку объем воды 200 мл, а плотность раствора примерно равна плотности воды (1 г/мл), то:
Масса раствора ≈ 200 г.
2. Теперь вычислим массу HCl в растворе:
Масса HCl = (массовая доля HCl / 100) * масса раствора
Масса HCl = (12,74 / 100) * 200 г = 25,48 г.
3. Найдем количество моль HCl:
Количество моль HCl = масса HCl / молярная масса HCl
Количество моль HCl = 25,48 г / 36,5 г/моль ≈ 0,698 моль.
4. Реакция между водородом и хлором:
H2 + Cl2 → 2HCl.
Из уравнения видно, что 1 моль H2 реагирует с 1 моль Cl2 для образования 2 моль HCl. Следовательно, количество моль H2 равно количество моль HCl / 2:
Количество моль H2 = 0,698 моль / 2 ≈ 0,349 моль.
5. Тогда количество моль Cl2, участвовавшего в реакции:
Количество моль Cl2 = 0,698 моль / 2 ≈ 0,349 моль.
6. Общее количество моль газов в начале:
Объем смеси = 35,84 л / 22,4 л/моль ≈ 1,6 моль.
7. Количество моль водорода в исходной смеси:
Количество моль H2 = количество моль в смеси - количество моль Cl2
Количество моль H2 = 1,6 моль - 0,349 моль ≈ 1,251 моль.
8. Теперь найдем массу водорода в исходной смеси:
Масса водорода = количество моль H2 * молярная масса H2
Масса водорода = 1,251 моль * 2 г/моль = 2,502 г.
9. Найдем общую массу смеси:
Масса смеси = масса водорода + масса Cl2.
Сначала найдем массу Cl2, количество моль Cl2 = 0,349 моль.
Масса Cl2 = 0,349 моль * 35,5 г/моль = 12,396 г.
Общая масса смеси = 2,502 г + 12,396 г = 14,898 г.
10. Рассчитаем массовую долю водорода в исходной смеси:
Массовая доля водорода = (масса водорода / общая масса смеси) * 100% = (2,502 г / 14,898 г) * 100% ≈ 16,77%.
Ответ:
Массовая доля водорода в исходной смеси газов составляет примерно 16,77%.