Расчет массовой доли водорода в смеси с хлором
Смесь хлора с избытком водорода общим объёмом 35,84 л (н. у.) облучили УФ-светом. Газовую смесь, образовавшуюся в ходе реакции, пропустили через 200 мл воды, при этом образовался раствор с массовой долей HCl 12,74%. Рассчитайте массовую долю водорода в исходной смеси газов.
Дано
`V(смеси) = 35.84 text{ л}`
`V(H_2O) = 200 text{ мл}`
`ω(HCl) = 12.74%`
Найти
`ω(H_2) = text{ ?}`
Решение
Запишем уравнение реакции между хлором и водородом:
`H_2 + Cl_2 = 2HCl`
Найдём массу воды, приняв её плотность равной 1 г/мл:
`m(H_2O) = ρ(H_2O)*V(H_2O) = 1*200 = 200 text{ г}`
Пусть:
`m(HCl) = x`
Тогда масса раствора:
`m(р-ра) = m(H_2O) + m(HCl) = 200 + x`
Выразим массовою долю HCl в образовавшемся растворе:
`ω(HCl) = (100 * m(HCl)) / (m(р-ра))`
`12.74 = (100 * x) / (200 + x)`
`0.1274*(200 + x) = x`
`0.8726*x = 25.48`
`x = 29.2 text{ г}`
Найдём количество вещества HCl:
`n(HCl) = (m(HCl))/(M(HCl)) = 29.2/36.5 = 0.8 text{ моль}`
Согласно уравнению реакции, количество вещества хлора в 2 раза меньше количества вещества хлороводорода:
`n(Cl_2) = (n(HCl))/2 = 0.8/2 = 0.4 text{ моль}`
Найдём объём прореагировавшего хлора при н.у.:
`V(Cl_2) = n(Cl_2)*V_m = 0.4*22.4 = 8.96 text{ л}`
Найдём объём водорода в исходной смеси:
`V(H_2) = V(смеси) - V(Cl_2) = 35.84 - 8.96 = 26.88 text{ л}`
Найдём количества веществ газов в исходной смеси:
`n(H_2) = (V(H_2))/V_m = 26.88/22.4 = 1.2 text{ моль}`
Найдём массы газов в исходной смеси:
`m(H_2) = n(H_2)*M(H_2) = 1.2*2 = 2.4 text{ г}`
`m(Cl_2) = n(Cl_2)*M(Cl_2) = 0.4*71 = 28.4 text{ г}`
Найдём массу исходной смеси:
`m(смеси) = m(H_2) + m(Cl_2) = 2.4 + 28.4 = 30.8 text{ г}`
Вычислим массовую долю водорода в исходной смеси:
`ω(H_2) = (100*m(H_2))/(m(смеси)) = (100*2.4)/30.8 = 7.792%`
Ответ
`ω(H_2) = 7.792%`