4.39. Для получения воды в замкнутом сосуде смешали и сожгли 0,8 г водорода и 4 г кислорода. Какая масса воды будет получена? Какой газ останется в избытке? Рассчитайте массу этого избытка.

Решение:

Для решения этой задачи нам понадобятся молярные массы водорода (H₂) и кислорода (O₂), а также уравнение реакции образования воды:

• Молярная масса водорода (M_H2) = 2 г/моль.
• Молярная масса кислорода (M_O2) = 32 г/моль.
• Молярная масса воды (M_H2O) = 18 г/моль.

Уравнение реакции:

\[ 2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O \]

Теперь рассчитаем количество вещества (в молях) для каждого реагента:

• Количество водорода: \( n(H_2) = \frac{m(H_2)}{M(H_2)} = \frac{0.8 \text{ г}}{2 \text{ г/моль}} = 0.4 \text{ моль} \)
• Количество кислорода: \( n(O_2) = \frac{m(O_2)}{M(O_2)} = \frac{4 \text{ г}}{32 \text{ г/моль}} = 0.125 \text{ моль} \)

По уравнению реакции, для сгорания 0.4 моль водорода требуется:

\[ n(O_2)_{\text{треб.}} = \frac{1}{2} n(H_2) = \frac{1}{2} \times 0.4 \text{ моль} = 0.2 \text{ моль} \]

У нас имеется только 0.125 моль кислорода, что меньше, чем требуется. Следовательно, кислород является лимитирующим реагентом, а водород — в избытке.

Рассчитаем, сколько водорода прореагирует с 0.125 моль кислорода:

\[ n(H_2)_{\text{прореаг.}} = 2 \times n(O_2) = 2 \times 0.125 \text{ моль} = 0.25 \text{ моль} \]

Рассчитаем количество водорода, оставшегося в избытке:

\[ n(H_2)_{\text{изб.}} = n(H_2)_{\text{нач.}} - n(H_2)_{\text{прореаг.}} = 0.4 \text{ моль} - 0.25 \text{ моль} = 0.15 \text{ моль} \]

Масса водорода в избытке:

\[ m(H_2)_{\text{изб.}} = n(H_2)_{\text{изб.}} \times M(H_2) = 0.15 \text{ моль} \times 2 \text{ г/моль} = 0.3 \text{ г} \]

Теперь рассчитаем массу полученной воды. Количество воды, образовавшейся из 0.125 моль кислорода, будет:

\[ n(H_2O) = 2 \times n(O_2) = 2 \times 0.125 \text{ моль} = 0.25 \text{ моль} \]

Масса полученной воды:

\[ m(H_2O) = n(H_2O) \times M(H_2O) = 0.25 \text{ моль} \times 18 \text{ г/моль} = 4.5 \text{ г} \]

Ответ: Будет получено 4.5 г воды. В избытке останется водород. Масса этого избытка составит 0.3 г.