Какой объем углекислого газа выделится при взаимодействии 14г карбоната кальция с 12 г соляной кислоты?

Для решения задачи нужно использовать законы химии, включая закон сохранения массы и стехиометрические расчёты, а также химическое уравнение реакции. Рассмотрим всё поэтапно.

1. Химическая реакция

Карбонат кальция (CaCO₃) взаимодействует с соляной кислотой (HCl), образуя хлорид кальция (CaCl₂), воду (H₂O) и углекислый газ (CO₂). Уравнение реакции:

[ \text{CaCO₃} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{CaCl₂} + \text{H₂O} + \text{CO₂}. ]

Из уравнения видно, что 1 моль (\text{CaCO₃}) реагирует с 2 молями (\text{HCl}), выделяя 1 моль (\text{CO₂}).

2. Данные задачи

• Масса (\text{CaCO₃} = 14 \, \text{г}),
• Масса (\text{HCl} = 12 \, \text{г}),
• Нужно найти объём выделившегося (\text{CO₂}) при нормальных условиях ((V_m = 22,4 \, \text{л/моль})).

3. Найдём количество вещества каждого реагента

Для этого используем молярные массы веществ:

• Молярная масса (\text{CaCO₃} = 40 + 12 + 3 \cdot 16 = 100 \, \text{г/моль}),
• Молярная масса (\text{HCl} = 1 + 35,5 = 36,5 \, \text{г/моль}).

Рассчитаем количество молей каждого вещества:

1. Для (\text{CaCO₃}): [ n{\text{CaCO₃}} = \frac{m{\text{CaCO₃}}}{M_{\text{CaCO₃}}} = \frac{14}{100} = 0,14 \, \text{моль}. ]

2. Для (\text{HCl}): [ n{\text{HCl}} = \frac{m{\text{HCl}}}{M_{\text{HCl}}} = \frac{12}{36,5} \approx 0,329 \, \text{моль}. ]

4. Определим лимитирующий реагент

По уравнению реакции видно, что 1 моль (\text{CaCO₃}) реагирует с 2 молями (\text{HCl}). Проверим соотношение:

• Для (0,14 \, \text{моль}) (\text{CaCO₃}) требуется: [ n_{\text{HCl}} = 0,14 \cdot 2 = 0,28 \, \text{моль}. ]

• В задаче дано (0,329 \, \text{моль}) (\text{HCl}), что больше, чем требуется. Значит, (\text{HCl}) в избытке, а лимитирующим реагентом является (\text{CaCO₃}).

5. Рассчитаем количество (\text{CO₂}), выделившегося в реакции

По уравнению реакции из 1 моля (\text{CaCO₃}) выделяется 1 моль (\text{CO₂}). Следовательно, количество молей (\text{CO₂}), которое выделится, равно количеству молей (\text{CaCO₃}):

[ n{\text{CO₂}} = n{\text{CaCO₃}} = 0,14 \, \text{моль}. ]

6. Найдём объём (\text{CO₂})

При нормальных условиях ((V_m = 22,4 \, \text{л/моль})) объём газа рассчитывается по формуле:

[ V{\text{CO₂}} = n{\text{CO₂}} \cdot V_m. ]

Подставляя значения:

[ V_{\text{CO₂}} = 0,14 \cdot 22,4 \approx 3,14 \, \text{л}. ]

Ответ:

При взаимодействии (14 \, \text{г}) карбоната кальция с (12 \, \text{г}) соляной кислоты выделится примерно (3,14 \, \text{л}) углекислого газа.

Для решения задачи необходимо воспользоваться уравнением реакции между карбонатом кальция (CaCO₃) и соляной кислотой (HCl):

[ \text{CaCO}_3 + 2 \text{HCl} \rightarrow \text{CaCl}_2 + \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} ]

1. Рассчитаем количество вещества карбоната кальция:

   • Молярная масса CaCO₃ ≈ 100 г/моль.
   • n(CaCO₃) = 14 г / 100 г/моль = 0,14 моль.

2. Рассчитаем количество вещества соляной кислоты:

   • Молярная масса HCl ≈ 36,5 г/моль.
   • n(HCl) = 12 г / 36,5 г/моль ≈ 0,33 моль.

3. Определим, какой реагент лимитирующий:

   • На 1 моль CaCO₃ требуется 2 моль HCl.
   • Для 0,14 моль CaCO₃ нужно 0,28 моль HCl. У нас есть 0,33 моль HCl, значит, CaCO₃ является лимитирующим реагентом.

4. По уравнению реакции, 1 моль CaCO₃ дает 1 моль CO₂. Поэтому 0,14 моль CaCO₃ даст 0,14 моль CO₂.

5. Рассчитаем объем углекислого газа при нормальных условиях (0 °C, 1 атм):

   • 1 моль газа занимает 22,4 л.
   • Объем CO₂ = 0,14 моль × 22,4 л/моль ≈ 3,14 л.

Таким образом, объем углекислого газа, выделившегося в результате реакции, составит примерно 3,14 литра.

Для решения задачи о выделении углекислого газа при взаимодействии карбоната кальция с соляной кислотой, сначала запишем уравнение реакции:

[ \text{CaCO}_3 (s) + 2 \text{HCl} (aq) \rightarrow \text{CaCl}_2 (aq) + \text{H}_2\text{O} (l) + \text{CO}_2 (g) ]

Из уравнения видно, что один моль карбоната кальция (CaCO₃) реагирует с двумя молями соляной кислоты (HCl) и образует один моль углекислого газа (CO₂).

Теперь найдем количество вещества (моли) каждого из реагентов.

1. Найдем количество моль карбоната кальция (CaCO₃):

Молярная масса карбоната кальция:

• Ca: 40.08 г/моль
• C: 12.01 г/моль
• O₃: 3 × 16.00 г/моль = 48.00 г/моль

Общая молярная масса CaCO₃: [ 40.08 + 12.01 + 48.00 = 100.09 \text{ г/моль} ]

Теперь вычислим количество моль CaCO₃ в 14 г: [ n_{\text{CaCO}_3} = \frac{14 \text{ г}}{100.09 \text{ г/моль}} \approx 0.139 \text{ моль} ]

1. Найдем количество моль соляной кислоты (HCl):

Молярная масса HCl:

• H: 1.01 г/моль
• Cl: 35.45 г/моль

Общая молярная масса HCl: [ 1.01 + 35.45 = 36.46 \text{ г/моль} ]

Теперь вычислим количество моль HCl в 12 г: [ n_{\text{HCl}} = \frac{12 \text{ г}}{36.46 \text{ г/моль}} \approx 0.329 \text{ моль} ]

1. Определим, какой реагент является лимитирующим:

Согласно уравнению реакции, на 1 моль CaCO₃ требуется 2 моль HCl. Таким образом, для 0.139 моль CaCO₃ потребуется: [ 0.139 \text{ моль CaCO}_3 \times 2 = 0.278 \text{ моль HCl} ]

Поскольку у нас есть 0.329 моль HCl, а требуется 0.278 моль, то CaCO₃ является лимитирующим реагентом.

1. Рассчитаем количество углекислого газа (CO₂):

Согласно уравнению реакции, 1 моль CaCO₃ дает 1 моль CO₂. Следовательно, при полном взаимодействии 0.139 моль CaCO₃ выделится 0.139 моль CO₂.

1. Переведем количество CO₂ в объем:

При нормальных условиях (н.у.) 1 моль газа занимает объем 22.4 л. Следовательно, объем CO₂ будет равен: [ V_{\text{CO}2} = n{\text{CO}2} \times 22.4 \text{ л/моль} ] [ V{\text{CO}_2} = 0.139 \text{ моль} \times 22.4 \text{ л/моль} \approx 3.116 \text{ л} ]

Таким образом, при взаимодействии 14 г карбоната кальция с 12 г соляной кислоты выделится примерно 3.116 литра углекислого газа.