У достатню кількість води помістили суміш натрію і калію масою 10,1 г. Відношення кількостей речовини металiв становило 1 : 2. Обчисліть: а) об'єм водню, який виділився; б) масу хлоридної кислоти з масовою часткою гідроген хлориду 20%, необхідну для нейтралізації лугу в одержаному розчині.​

а) Обчислення об'єму виділеного водню вимагає використання закону Авогадро та ідеального газу. Оскільки відомо відношення кількостей речовини металів становило 1:2, можемо припустити, що маса натрію дорівнює 1/3 загальної маси (10,1 г) і маса калію дорівнює 2/3 загальної маси.

Маса натрію = (1/3) * 10,1 г = 3,37 г

Маса калію = (2/3) * 10,1 г = 6,73 г

Знаючи молярну масу натрію (Na) і калію (K), які дорівнюють відповідно 22,99 г/моль і 39,10 г/моль, ми можемо перевести масу в кількість речовини:

Кількість речовини натрію = маса натрію / молярна маса натрію

Кількість речовини натрію = 3,37 г / 22,99 г/моль ≈ 0,146 моля

Кількість речовини калію = маса калію / молярна маса калію

Кількість речовини калію = 6,73 г / 39,10 г/моль ≈ 0,172 моля

Оскільки в реакції взаємодії натрію і калію з водою утворюється водень (H₂) згідно з рівнянням:

2Na + 2K + 2H₂O -> 2NaOH + 2KOH + H₂

Відношення кількостей речовини натрію і калію до кількості виділеного водню становить 1:1:1, тому кількість виділеного водню дорівнюватиме кількості речовини натрію і калію.

Кількість речовини водню = Кількість речовини натрію + Кількість речовини калію

Кількість речовини водню = 0,146 моля + 0,172 моля ≈ 0,318 моля

Тепер ми можемо обчислити об'єм виділеного водню, використовуючи формулу ідеального газу:

V = nRT/P

де V - об'єм, n - кількість речовини, R - універсальна газова стала (8,314 Дж/(моль·К)), T - температура в Кельвінах, P - тиск в Паскалях.

За стандартних умов (нормальний тиск та температура) T = 273 К, P = 1 атм = 101325 Па.

V = 0,318 моля * 8,314 Дж/(моль·К) * 273 К / 101325 Па ≈ 0,007 м³ (або 7 л)

Отже, об'єм виділеного водню становить близько 0,007 м³ (або 7 л).

б) Для обчислення маси хлоридної кислоти, необхідної для нейтралізації лугу, потрібно знати кількість речовини лугу, який був утворений після взаємодії натрію і калію з водою.

Кількість речовини натрію і калію, яка реагувала з водою, вже була обчислена:

Кількість речовини натрію = 0,146 моля

Кількість речовини калію = 0,172 моля

Оскільки в рівнянні реакції взаємодії лугу (NaOH і KOH) з хлоридною кислотою (HCl) утворюється хлорид лугу (NaCl і KCl) та вода (H₂O) згідно з рівнянням:

NaOH + HCl -> NaCl + H₂O

KOH + HCl -> KCl + H₂O

Відношення між кількостями речовини лугу і хлоридної кислоти становить 1:1, тому кількість речовини хлоридної кислоти, необхідна для нейтралізації лугу, дорівнюватиме кількості речовини лугу.

Кількість речовини хлоридної кислоти = Кількість речовини натрію + Кількість речовини калію

Кількість речовини хлоридної кислоти = 0,146 моля + 0,172 моля ≈ 0,318 моля

Тепер ми можемо обчислити масу хлоридної кислоти, використовуючи масову частку гідроген хлориду (HCl) в хлоридній кислоті:

Маса хлоридної кислоти = Кількість речовини хлоридної кислоти * Молярна маса хлоридної кислоти

Молярна маса хлоридної кислоти (HCl) = 36,46 г/моль (атомна маса хлору (Cl) + маса атома водню (H))

Маса хлоридної кислоти = 0,318 моля * 36,46 г/моль ≈ 11,6 г

Отже, маса хлоридної кислоти з масовою часткою гідроген хлориду 20%, необхідна для нейтралізації лугу в одержаному розчині, становить близько 11,6 г.