Tvorba vodíku je jednou z nejčastějších reakcí chemických látek. Tento proces je intenzivně studován pro mnoho vědeckých a praktických důvodů. Jednou z takových reakcí je interakce železa o hmotnosti 112 g s kyselinou chlorovodíkovou. V důsledku této chemické reakce vzniká vodík, který lze definovat jako plyn, který má určitý objem. Základní otázka, která tedy vzniká , je, jaký objem vodíku vzniká při dané reakci?
Pro výpočet objemu vyrobeného vodíku je třeba vzít v úvahu některé faktory. Za prvé, důležitou charakteristikou povahy této reakce je molový objem plynů, který je 22,4 l/mol. Za druhé, je nutné znát stechiometrické proporce mezi činidly.
V této reakci kyselina chlorovodíková (HCl) působí jako kyselina a železo (Fe) je kov. Mezi nimi dochází k reakci, během které vzniká vodík a vzniká chlorid železitý (FeCl2 nebo FeCl3). Pro stanovení objemu vodíku je nutné znát poměr mezi látkami, které se podílejí na reakci.
Objem vodíku při reakci železa s kyselinou chlorovodíkovou
Reakční rovnice mezi železem a kyselinou chlorovodíkovou je následující:
Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂
Z rovnice je zřejmé, že každá molekula železa potřebuje k úplné reakci 2 molekuly kyseliny chlorovodíkové. Poměr mezi množstvím železa a výsledným vodíkem je tedy 1:1.
Pro výpočet objemu vodíku při reakci je nutné znát hmotnost železa, které reaguje s kyselinou chlorovodíkovou. Železo má hmotnost 112 g.
Dále pro výpočet množství vodíku použijeme vzorec:
kde V je objem vodíku, m je hmotnost železa, M je molární hmotnost železa, Vm je objem molu plynu za normálních podmínek (22,4 l/mol).
Molární hmotnost železa (Fe) je 55,85 g/mol.
Tím, že vložíme známé hodnoty do vzorce, získáme:
V = (112 g / 55,85 g/mol) * 22,4 l/mol = 45,18 l.
Objem vodíku produkovaného reakcí železa o hmotnosti 112 g s kyselinou chlorovodíkovou je tedy 45,18 l.
Vzorec celkové reakce
Celková reakce mezi železem (Fe) a kyselinou chlorovodíkovou (HCl) je následující:
V důsledku této reakce vzniká chlorid železitý (II) (FeCl2) a molekuly vodíku (H2).
Molární proporce
Molární proporce hrají důležitou roli v chemických reakcích, což nám umožňuje určit přesné množství látky potřebné k interakci. Jsou založeny na molárních koeficientech, které udávají, v jakém poměru reaktanty mezi sebou reagují.
V tomto případě se uvažuje o reakci železa s kyselinou chlorovodíkovou. Rovnice této reakce je následující:
Z rovnice je zřejmé, že každá molekula železa vyžaduje dvě molekuly kyseliny chlorovodíkové. Molární poměr mezi železem a kyselinou chlorovodíkovou je tedy 1:2.
K vyřešení problému potřebujeme znát hmotnost železa a použít molární poměr k určení množství kyseliny chlorovodíkové a vodíku, které se tvoří v reakci.
Upřesnění hmotnosti železa a kyseliny chlorovodíkové
K určení objemu vodíku, který vzniká při reakci železa s kyselinou chlorovodíkovou, je nutné objasnit hmotnost železa a kyseliny chlorovodíkové v reakční směsi.
Hmotnost železa v tomto úkolu je 112 g. je dána podmínkou a je známou veličinou.
Pro objasnění hmotnosti kyseliny chlorovodíkové je nutné znát reakční rovnici mezi železem a kyselinou chlorovodíkovou:
Fe + 2 HCl → FeCl2 + H2
Z rovnice je zřejmé, že jeden mol železa vyžaduje 2 moly kyseliny chlorovodíkové, aby reakce proběhla.
Molární hmotnost železa je přibližně 56 g/mol a molární hmotnost kyseliny chlorovodíkové je asi 36,5 g / mol.
Na základě údajů o reakční rovnici a molárních hmotnostech látek lze vypočítat hmotnost kyseliny chlorovodíkové:
Hmotnost kyseliny chlorovodíkové = (2 mol HCl / 1 mol Fe) * 36,5 g / mol * 112 g
Hmotnost kyseliny chlorovodíkové = 2 * 36.5 g/mol * 112 g / 1
Hmotnost kyseliny chlorovodíkové: 8192 g
K reakci železa o hmotnosti 112 g s kyselinou chlorovodíkovou tedy bude potřeba přibližně 8192 g kyseliny chlorovodíkové.
Výpočet molů železa a kyseliny chlorovodíkové
Molární hmotnost Fe (železo) = 56 g/mol.
Molární hmotnost HCL (kyselina chlorovodíková) = 36,5 g/mol.
Retrieved from [zdroj].
[zdroj]: https://ru.wikipedia.org/ "Wikipedia"
Hmotnost Fe = 112 g.
Hmotnost HCl = hmotnost Fe (podle zákona zachování hmotnosti).
Mol Fe = hmotnost Fe / molární hmotnost Fe.
Mol HCl = hmotnost HCl / molární hmotnost HCl.
Při znalosti počtu molů původních látek lze určit molový poměr železa a kyseliny chlorovodíkové v reakcii.
Pomocí reakční rovnice lze najít počet molů železa potřebných k reakci s určitým objemem kyseliny chlorovodíkové a naopak. Tento výpočet pomáhá určit koeficienty v reakční rovnici.
Vkládání hodnot do vzorce:
Mol H2 = (0,5 * počet mol Fe).
Nyní, když jsou uvedeny hodnoty molů Fe, lze vypočítat objem vodíku produkovaného reakcí. K tomu se používá rovnice plynného stavu:
Kde V je objem vodíku (v litrech), n je množství molů vodíku, Vm je molární objem (22,4 l/mol).
Použitím této rovnice lze určit objem vodíku, který vzniká reakcí železa o hmotnosti 112 g s kyselinou chlorovodíkovou.
Množství molů vodíku
K určení množství molů vzniklého vodíku je nutné použít chemickou reakční rovnici.
Nejprve je nutné zapsat reakční rovnici mezi železem (Fe) a kyselinou chlorovodíkovou (HCl):
Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂
Z rovnice je zřejmé, že každá molekula železa tvoří jednu molekulu vodíku.
Molární hmotnost železa (Fe) je 55,845 g/mol.
Hmotnost 112 g železa tedy odpovídá množství látky:
Množství látky železa (Fe) = hmotnost / molární hmotnost = 112 g / 55,845 g / mol = 2 mol
V důsledku toho se při reakci železa o hmotnosti 112 g s kyselinou chlorovodíkovou vytvoří 2 moly vodíku.
Výpočet objemu vodíku
Pro výpočet objemu vodíku, který vzniká při reakci železa s kyselinou chlorovodíkovou, je nutné znát poměr mezi hmotností reaktantů a objemy jejich plynných produktů.
V tomto případě máme hmotnost železa 112 g. Chcete-li najít objem vodíku, který vzniká při reakci, musíte použít Daltonův zákon parciálního tlaku:
1) Nejprve najdeme množství látky železa (Fe) pomocí její molární hmotnosti 55,85 g / mol:
n (Fe) = m (Fe) / M (Fe) = 112 g / 55,85 g / mol = 2 mol
2) Poté najdeme množství vodíkové látky (H2) s vědomím, že při reakci se jeden mol železa spojí se dvěma laloky vodíku:
n (H2) = 2 * n ( Fe) = 2 * 2 mol = 4 mol
3) pomocí rovnice ideálního plynu (PV = nRT), kde P-tlak, v-Objem, n-množství látky, R-univerzální plynná konstanta, t-teplota, můžeme vyjádřit objem vodíku:
V(H2) = n(H2) * R * T / P
Vzhledem k tomu, že reakce probíhá při pokojové teplotě (asi 298 K) a standardním atmosférickém tlaku (asi 101,3 kPa), lze přijmout hodnoty T A P:
V (H2) = 4 mol * 8,31 J / (mol·k) * 298 k / 101,3 kPa
Při výpočtu tohoto výrazu získáme objem vodíku, který vzniká reakcí železa s kyselinou chlorovodíkovou.