Для розв'язання задачі потрібно знати хімічну реакцію між залізом та сульфатною кислотою:
Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2↑
За цією реакцією виділяється водень, тому об'єм газу, який виділиться, можна обчислити за до закону Шарля-Гая-Люссака:
V(H2) = V(T) * (P(H2) / P(T))
де V(H2) - об'єм водню, який виділився (в мл), V(T) - об'єм розчину сульфатної кислоти (в мл), P(H2) - тиск водню (в атм), P(T) - тиск при кімнатній температурі (1 атм).
Для обчислення тиску водню потрібно знати кількість водню, який виділився. Це можна знайти, використовуючи стехіометричний коефіцієнт перед воднем у рівнянні реакції - 1. Тому, якщо залізо повністю розчинилося, то кількість водню, який виділиться, буде дорівнювати кількості заліза, яке було взято для реакції.
Маса заліза - 5.6 г. Молярна маса заліза - 55.85 г/моль. Тому кількість заліза, яке було взято для реакції, дорівнює:
n(Fe) = m(Fe) / M(Fe) = 5.6 г / 55.85 г/моль = 0.1002 моль
Отже, кількість виділеного водню також дорівнює 0.1002 моль. Тиск водню можна обчислити за до ідеального газового закону:
PV = nRT
де P - тиск (в атм), V - об'єм (в л), n - кількість речовини (в моль), R - універсальна газова стала (0.0821 л*атм/(моль*К)), T - температура (в К).
Температуру можна прийняти за кімнатну - 298 К.
Тому:
P(H2) = n(H2) * R * T / V(H2) = 0.1002 моль * 0.0821 л*атм/(моль*К) * 298 К / (V(H2) / 1000 мл) = 2.47 атм
Для обчислення об'єму водню можна використати будь-який з об'ємів заліза або сульфатної кислоти, адже вони розчиняються у воді в однакових пропорціях. Наприклад, якщо було взято 50 мл розчину сульфатної кислоти, то об'єм водню можна обчислити так:
V(H2) = V(T) * (P(H2) / P(T)) = 50 мл * (2.47 атм / 1 атм) = 123.5 мл
Отже, об'єм водню, який виділився, дорівнює 123.5 мл.
Для визначення об'єму газу, що виділився, необхідно знати хімічну реакцію, яка відбувається між алюмінієм та сульфатною кислотою. За умовою, сульфатна кислота є розчином в надлишку, що означає, що алюміній повністю реагує з кислотою.
Враховуючи це, можна використовувати реакцію між алюмінієм та сульфатною кислотою:
2Al + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2↑
За реакцією виділяється водень (H2). За законом Шарля (Гей-Люссака) гази розширяються в прямій пропорції до їхньої молярної кількості при постійному тиску та температурі. Отже, можемо використати стехіометрію реакції для визначення об'єму газу.
За реакцією, 2 моля алюмінію взаємодіють з 3 молями сульфатної кислоти, що приводить до утворення 3 моль водню. Оскільки нам надано масу алюмінію (5.6 г), ми можемо використовувати його молярну масу, щоб перетворити масу в моль.
Молярна маса алюмінію (Al) дорівнює 26.98 г/моль.
Кількість молей алюмінію (n) можна обчислити, використовуючи формулу:
n = маса / молярна маса
n = 5.6 г / 26.98 г/моль ≈ 0.207 моль
За реакцією, 2 моля алюмінію утворюють 3 молі водню. Тому, кількість молей водню (n) дорівнює:
n = (3 моля/2 моля) * 0.207 моль ≈ 0.311 моль
Тепер, використовуючи формулу Шарля, можна обчислити об'єм газу (V):
V1 / T1 = V2 / T2
Тут V1 та T1 позначають початковий об'єм і температуру, а V2 та T2 - кінцевий об'єм і температуру.
Припустимо, що початковий об'єм (V1) та температура (T1) рівні 0, оскільки алюміній знаходиться у твердому стані.
Таким чином, можемо записати:
0 / T1 = V2 / T2
Оскільки ми шукаємо кінцевий об'єм (V2), можемо переписати формулу:
V2 = 0 * T2 / T1 = 0
Отже, об'єм газу, який виділився в результаті реакції, становить 0.
Объяснение: