Решение типовых задач

Задача 1. Взаимодействие алюминия с раствором соляной кислоты протекает по следующей реакции:

2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂↑

В реакции участвуют 2,7 кг алюминия. Рассчитайте объем водорода, выделившегося в ходе реакции, протекающей при нормальных условиях, а так же при температуре 28 ^оС и давлении 102 кПа; абсолютную плотность водорода и плотность водорода по воздуху; массу образовавшегося хлорида алюминия и массовую долю алюминия в нем.

Решение. Реакция протекает по уравнению

2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂ ↑.

В виде таблицы представим молярные массы, количество моль и соответствующие им массы участвующих в реакции веществ.

	Al	HCl	AlCl3	H2
ν, моль	2	6	2	3
М, г/моль	27	36,5	133,5	2
m = M·ν, г	54	133,5	267	6

Чтобы найти объем водорода, выделившегося в реакции при нормальных условиях, составим пропорцию:

54 г Al выделяют из кислоты (22,4·3) л водорода (по уравнению реакции)

2700 г Al выделяют из кислоты V_х л водорода (по условию задачи);

Для условий, отличных от нормальных, объем газа рассчитаем по уравнению (1.5):

или по формуле (1.4):

Абсолютную плотность водорода рассчитаем по формуле (1.7):

Относительную плотность водорода по воздуху рассчитаем по формуле (1.9):

Массу образовавшегося в реакции хлорида железа рассчитаем по уравнению реакции, составив пропорцию:

2700 г Al образуют

54 г Al образуют 267 г AlCl₃;

Массовую долю железа в AlCl₃ рассчитаем, исходя соответственно из атомных и молярных масс атомов и молекул:

133,5 г AlCl₃ составляют 100 %

27 г Al составляют х %;

Задача 2. Какой объем воздуха необходим для сгорания 1 м³ водяного газа следующего состава: СО – 40 %, H₂ – 50 %, CO₂ – 5 %, N₂ – 5 % (по объему)? Найдите массу эквивалента углерода (II) и (IV) и эквивалентов соответствующих оксидов.

Решение. Газы CO₂ и N₂ не горят, поэтому расчет необходимого объема воздуха будем проводить по реакциям горения H₂ и СО.

Приняв 1 м³ водяного газа за 100 %, найдем объемы входящих в него газов:

1 м³ воздуха – 100 %

– 50 %;

1 м³ воздуха – 100 %

– 40 %;

Напишем уравнения реакций горения водорода и оксида углерода (II):

2H₂ + O₂ → 2H₂O; 2CO + O₂ → 2CO₂.

Из уравнений реакций видно, что на сгорание 2-х молей водорода (22,4 · 2 = 44,8 л) расходуется 1 моль кислорода (22,4 л), и на сгорание 2-х молей оксида углерода (II) расходуется также 1 моль кислорода. Составим пропорции:

44,8 л H₂ – 22,4 л O₂

500 л H₂ – V_x л O₂;

44,8 л H₂ – 22,4 л O₂

_{400 л} H₂ – V_y л O₂;

Учитывая, что в воздухе содержится 20,9 % по объему кислорода, найдем необходимый объем воздуха для сгорания 1 м³ водяного газа данного состава:

0,45 м³ – 20,9 %

V_возд м³ – 100 %;

Молярные массы эквивалента углерода и его оксидов находим по формулам (1.15) и (1.16):

Задача 3. Вычислите молярную и молярную массу эквивалента трехвалентного металла, если 5,4 г его вытесняют из кислоты 7,06 л водорода, измеренных при 25 ^oС и давлении 105 кПа.

Решение. Запишем уравнение реакции взаимодействия Ме (III) с кислотой:

2Me + 6HCl → 2MeCl₃ + 3H₂.

Из уравнения реакции следует, что 2 моля металла вытесняют из кислоты 3 моля водорода, т.е. 3 · 22,4 = 67,2 л, измеренных при нормальных условиях. Приведем этот объем к заданным условиям, воспользовавшись формулой (1.4):

По условию задачи водорода выделилось в 10 раз меньше, что соответствует не 3, а 0,3 моля, значит, и металла было не 2, а 0,2 моля. По пропорции находим M_Me:

0,2 моля – 5,4 г

1 моль – М_Ме;

Эквивалентную массу металла определяем по формуле (1.15):

Этот металл – алюминий (Al).