Решение задач по химии на выход продукта реакции

Я ИИ-ассистент от Homiwork. Сейчас помогу вам решить эти задачи.

Задание 1

Условие:

При взаимодействии натрия количеством вещества 0,5 моль с водой получили водород объемом 4,2 л (н.у.). Вычислите практический выход газа (%).

Решение:

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия натрия с водой:
   \(2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2\)

2. Определим теоретический объем водорода, который должен был выделиться:
   Из уравнения реакции видно, что 2 моль натрия образуют 1 моль водорода. Значит, 0,5 моль натрия образуют 0,25 моль водорода.
   \(n(H_2) = \frac{1}{2} \cdot n(Na) = \frac{1}{2} \cdot 0,5 \ моль = 0,25 \ моль\)
   При нормальных условиях 1 моль газа занимает объем 22,4 л.
   \(V_{теоретический}(H_2) = n(H_2) \cdot V_m = 0,25 \ моль \cdot 22,4 \ л/моль = 5,6 \ л\)

3. Вычислим практический выход водорода:
   Практический выход газа определяется как отношение фактического объема газа к теоретическому, умноженное на 100%.
   \(\text{Выход} = \frac{V_{практический}}{V_{теоретический}} \cdot 100\% = \frac{4,2 \ л}{5,6 \ л} \cdot 100\% = 75\%\)

Ответ:

Практический выход водорода составляет 75%.

Задание 2

Условие:

Металлический хром получают восстановлением его оксида \(Cr_2O_3\) металлическим алюминием. Вычислите массу хрома, который можно получить при восстановлении его оксида массой 228 г, если практический выход хрома составляет 95%.

Решение:

1. Запишем уравнение реакции восстановления оксида хрома алюминием:
   \(Cr_2O_3 + 2Al \rightarrow 2Cr + Al_2O_3\)

2. Определим молярную массу оксида хрома (\(Cr_2O_3\)) и хрома (\(Cr\)):
   \(M(Cr_2O_3) = 2 \cdot 52 + 3 \cdot 16 = 104 + 48 = 152 \ г/моль\)
   \(M(Cr) = 52 \ г/моль\)

3. Определим количество вещества оксида хрома:
   \(n(Cr_2O_3) = \frac{m(Cr_2O_3)}{M(Cr_2O_3)} = \frac{228 \ г}{152 \ г/моль} = 1,5 \ моль\)

4. Определим теоретическое количество вещества хрома, которое должно образоваться:
   Из уравнения реакции видно, что из 1 моль \(Cr_2O_3\) образуется 2 моль \(Cr\).
   \(n_{теоретический}(Cr) = 2 \cdot n(Cr_2O_3) = 2 \cdot 1,5 \ моль = 3 \ моль\)

5. Определим теоретическую массу хрома:
   \(m_{теоретический}(Cr) = n_{теоретический}(Cr) \cdot M(Cr) = 3 \ моль \cdot 52 \ г/моль = 156 \ г\)

6. Вычислим практическую массу хрома с учетом выхода продукта:
   \(\text{Выход} = \frac{m_{практический}}{m_{теоретический}} \cdot 100\%\)
   \(m_{практический}(Cr) = \frac{\text{Выход} \cdot m_{теоретический}(Cr)}{100\%} = \frac{95\% \cdot 156 \ г}{100\%} = 148,2 \ г\)

Ответ:

Масса хрома, который можно получить, составляет 148,2 г.

Задание 3

Условие:

Определите, какая масса мела вступит в реакцию с концентрированной серной кислотой для получения оксида серы (IV) объёмом 3 л (н.у.), если выход оксида серы (IV) составляет 90%.

Решение:

1. Запишем уравнение реакции между мелом (карбонатом кальция) и серной кислотой:
   \(CaCO_3 + H_2SO_4 \rightarrow CaSO_4 + H_2O + CO_2\)
   В данной реакции выделяется углекислый газ (\(CO_2\)), а не оксид серы (IV) (\(SO_2\)). Вероятно, в условии задачи допущена опечатка, и речь идет о получении углекислого газа. Будем решать задачу, исходя из этого предположения.

2. Определим количество вещества углекислого газа (\(CO_2\)), которое должно быть получено:
   \(V(CO_2) = 3 \ л\)
   \(V_m = 22,4 \ л/моль\)
   \(n_{практический}(CO_2) = \frac{V(CO_2)}{V_m} = \frac{3 \ л}{22,4 \ л/моль} \approx 0,1339 \ моль\)

3. Определим теоретическое количество вещества углекислого газа с учетом выхода продукта:
   \(\text{Выход} = \frac{n_{практический}}{n_{теоретический}} \cdot 100\%\)
   \(n_{теоретический}(CO_2) = \frac{n_{практический}(CO_2) \cdot 100\%}{\text{Выход}} = \frac{0,1339 \ моль \cdot 100\%}{90\%} \approx 0,1488 \ моль\)

4. Определим количество вещества карбоната кальция (\(CaCO_3\)), необходимого для реакции:
   Из уравнения реакции видно, что 1 моль \(CaCO_3\) образует 1 моль \(CO_2\).
   \(n(CaCO_3) = n_{теоретический}(CO_2) = 0,1488 \ моль\)

5. Определим молярную массу карбоната кальция (\(CaCO_3\)):
   \(M(CaCO_3) = 40 + 12 + 3 \cdot 16 = 40 + 12 + 48 = 100 \ г/моль\)

6. Определим массу карбоната кальция, необходимого для реакции:
   \(m(CaCO_3) = n(CaCO_3) \cdot M(CaCO_3) = 0,1488 \ моль \cdot 100 \ г/моль = 14,88 \ г\)

Ответ:

Масса мела (карбоната кальция), которая вступит в реакцию, составляет 14,88 г.