Question

Сколько литров хлора (н.у.) можно получить при взаимодействии MnO2 со 150 мл раствора HCl концентрацией 20 % и плотностью 1,15 г/мл?

Answer 1

V(Cl2) = 6,72 л; m(NaOH) = 24 г

Пояснение:

При добавлении соляной кислоты к оксиду марганца (IV) протекает реакция:

MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2↑ + 2H2O

Вычислим массы хлороводорода и массу соляной кислоты в растворе:

m(р−ра 35%-ной HCl) = V(р−ра HCl) . ρ(р−ра HCl) = 200 мл . 1,17 г/мл = 234 г

m(HCl) = M(HCl) . w(HCl)%/100% = 234 г . 35%/100% = 81,9 г

Отсюда количество HCl:

ν(HCl) = m(HCl)/M(HCl) = 81,9 г/36,5 г/моль = 2,244 моль

Количество оксида марганца (IV):

ν(MnO2) = m(MnO2)/M(MnO2) = 26,1 г/87 г/моль = 0,3 моль

По уравнению реакции ν(MnO2) = ¼ ν(HCl), а по условию ν(MnO2) < ¼ν(HCl), следовательно, MnO2 – вещество в недостатке, полностью прореагирует с соляной кислотой.

По уравнению реакции ν(MnO2) = ν(Cl2) = 0,3 моль, поэтому объем выделившегося при н.у. хлора равен:

V(Cl2) = Vm . ν(Cl2) = 22,4 л/моль . 0,3 моль = 6,72 л

В холодном растворе щелочь взаимодействует с хлором с образованием гипохлорита (NaClO) и хлорида (NaCl) натрия (реакция диспропорционирования):

Cl2 + 2NaOH → NaClO + NaCl + H2O

По уравнению реакции ν(Cl2) = ½ ν(NaOH), поэтому ν(NaOH) = 0,3 моль . 2 = 0,6 моль

Масса гидроксида натрия, прореагировавшего с хлором в холодном растворе, равна:

m(NaOH) = M(NaOH) . ν(NaOH) = 40 г/моль . 0,6 моль = 24 г

Answer 2

Ответ в прикреплённом файле

Answer 3

Для решения данной задачи, нужно сначала записать уравнение реакции и затем определить стехиометрические коэффициенты реагирующих веществ.

Уравнение реакции между MnO2 и HCl:

MnO2 + 4 HCl → MnCl2 + 2 H2O + Cl2

Согласно уравнению, одна молекула MnO2 реагирует с четырьмя молекулами HCl, образуя одну молекулу Cl2.

1 моль MnO2 -> 1 моль Cl2

Теперь определим количество вещества HCl в растворе:

Объем раствора HCl: 150 мл Концентрация HCl: 20 %

Для нахождения количества вещества (в молях) в растворе HCl, нужно умножить его объем на концентрацию и поделить на 100:

Количество HCl = (Объем × Концентрация) / 100 Количество HCl = (150 мл × 20 %) / 100 = 30 мл = 0,03 л

Теперь определим массу HCl в растворе:

Масса HCl = Объем × Плотность Масса HCl = 0,03 л × 1,15 г/мл = 0,0345 кг

Теперь рассчитаем количество молей MnO2, зная, что молярная масса MnO2 составляет около 86,94 г/моль:

Количество молей MnO2 = Масса MnO2 / Молярная масса MnO2 Количество молей MnO2 = 0,0345 кг / 86,94 г/моль ≈ 0,000396 моль

Согласно уравнению реакции, каждая молекула MnO2 даёт 1 молекулу Cl2, следовательно, количество молекул Cl2 равно количеству молекул MnO2:

Количество молекул Cl2 ≈ 0,000396 моль

Теперь рассчитаем объем Cl2 в условиях нормальных условий (н.у.) - температуре 0 °C и давлении 1 атм:

Объем Cl2 (н.у.) = Количество молекул Cl2 × Объем одной молекулы (при н.у.) Объем одной молекулы (при н.у.) ≈ 22,7 л/моль

Объем Cl2 (н.у.) ≈ 0,000396 моль × 22,7 л/моль ≈ 0,009 л

Таким образом, можно получить примерно 0,009 л (или 9 мл) хлора (Cl2) при взаимодействии MnO2 с 150 мл раствора HCl концентрацией 20 % и плотностью 1,15 г/мл.