При взаимодействии 12 г технического магния, содержащего 5% примесей, с избытком соляной кислоты, выделилось 10 л водорода (н.у.). Вычислите объемную долю выхода продукта реакции.
При взаимодействии 12 г технического магния, содержащего 5% примесей, с избытком соляной кислоты, выделилось 10 л водорода (н.у.). Вычислите объемную долю выхода продукта реакции.
Объемная доля выхода продукта реакции составляет 92%.
Давайте разберем задачу шаг за шагом.
Определение чистой массы магния:
Масса технического магния составляет 12 г, из которых 5% — это примеси. Таким образом, чистая масса магния будет:
[ m_{\text{Mg}} = 12 \, \text{г} \times (1 - 0.05) = 11.4 \, \text{г} ]
Химическая реакция:
Реакция между магнием и соляной кислотой описывается уравнением:
[ \text{Mg} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{MgCl}_2 + \text{H}_2 ]
Из этого уравнения видно, что 1 моль магния образует 1 моль водорода.
Молярная масса магния:
Молярная масса магния (Mg) составляет 24 г/моль.
Количество вещества магния:
Вычислим количество вещества магния ((n_{\text{Mg}})):
[ n{\text{Mg}} = \frac{m{\text{Mg}}}{M_{\text{Mg}}} = \frac{11.4 \, \text{г}}{24 \, \text{г/моль}} = 0.475 \, \text{моль} ]
Теоретический выход водорода:
Поскольку 1 моль магния дает 1 моль водорода, то теоретическое количество вещества водорода будет равно количеству вещества магния, то есть 0.475 моль.
Объем водорода при нормальных условиях:
Объем одного моля газа при нормальных условиях (н.у.) равен 22.4 л. Таким образом, теоретический объем водорода будет:
[ V_{\text{H}2}^{\text{теор}} = n{\text{H}_2} \times 22.4 \, \text{л/моль} = 0.475 \, \text{моль} \times 22.4 \, \text{л/моль} = 10.64 \, \text{л} ]
Фактический объем водорода:
По условию задачи, фактический объем выделившегося водорода составляет 10 л.
Объемная доля выхода продукта:
Объемная доля выхода водорода рассчитывается как отношение фактического объема к теоретическому, умноженное на 100%:
[ \text{Выход} = \left( \frac{V_{\text{H}2}^{\text{факт}}}{V{\text{H}_2}^{\text{теор}}} \right) \times 100\% = \left( \frac{10 \, \text{л}}{10.64 \, \text{л}} \right) \times 100\% = 93.98\% ]
Таким образом, объемная доля выхода водорода составляет примерно 94%.
Для решения данной задачи нам необходимо определить количество чистого магния в исходном веществе.
Итак, если технический магний содержит 5% примесей, то чистого магния в нем будет 95%. Это означает, что в 12 г технического магния содержится 0.95 * 12 = 11.4 г чистого магния.
Теперь рассмотрим реакцию между магнием и соляной кислотой: Mg + 2HCl -> MgCl2 + H2
Согласно уравнению реакции, каждый моль магния реагирует с 2 молями соляной кислоты и образует 1 моль водорода. Молярная масса магния равна 24 г/моль, следовательно, в 11.4 г магния содержится 0.475 моль магния.
Таким образом, для образования 0.475 моль водорода требуется 0.475 моль магния. Объем водорода при н.у. составляет 22.4 л/моль, поэтому в данной реакции выделилось 0.475 * 22.4 = 10.6 л водорода.
Итак, объемная доля выхода продукта реакции составляет (10.6 / 10) * 100% = 106%.
