Как рассчитать объём водорода на основе реакции

Алгоритм расчёта

Расчёт объёма водорода по уравнению химической реакции выполняется в четыре этапа.

Шаг 1. Запишите уравнение реакции

Расставьте стехиометрические коэффициенты. Определите мольное соотношение между исходным веществом и водородом по коэффициентам.

Типичные реакции получения водорода:

Металл + кислота → соль + H₂↑
Активный металл + вода → основание + H₂↑
Электролиз воды → H₂ + O₂

Шаг 2. Найдите количество вещества исходного реагента

По данным задачи рассчитайте n(в-ва):

n = \frac{m}{M}

или

n = \frac{V_{\text{газа}}}{V_m}

где $M$ — молярная масса (г/моль), $V_m = 22{,}4$ л/моль — молярный объём при н. у.

Шаг 3. Определите количество вещества водорода

Используйте мольное отношение из уравнения реакции:

n(\text{H}_2) = n(\text{реагента}) \times \frac{\nu(\text{H}_2)}{\nu(\text{реагента})}

Шаг 4. Вычислите объём водорода

V(\text{H}_2) = n(\text{H}_2) \times V_m = n(\text{H}_2) \times 22{,}4 \text{ л/моль}

Разбор примера

Условие. Рассчитайте объём водорода (н. у.), который выделится при растворении 5,4 г алюминия в избытке соляной кислоты.

Решение.

Уравнение реакции:
$2\text{Al} + 6\text{HCl} = 2\text{AlCl}_3 + 3\text{H}_2\uparrow$
Количество вещества алюминия:
$n(\text{Al}) = \frac{5{,}4}{27} = 0{,}2 \text{ моль}$
По уравнению 2 моль Al дают 3 моль H₂, значит:
$n(\text{H}_2) = 0{,}2 \times \frac{3}{2} = 0{,}3 \text{ моль}$
Объём водорода:
$V(\text{H}_2) = 0{,}3 \times 22{,}4 = 6{,}72 \text{ л}$

Ответ: 6,72 л.

Частые ошибки

Ошибка	Правильно
Забыть про коэффициенты в уравнении	Всегда проверяйте соотношение по уравнению
Использовать 22,4 л/моль при нестандартных условиях	Уточняйте температуру и давление в условии
Путать массу раствора и массу вещества	Вычисляйте массу чистого вещества через массовую долю
Игнорировать примеси в сплавах	Реакцию проходят не все компоненты

Расчёт для сплавов и примесей

Если в условии дана масса сплава с указанием массовых долей компонентов:

Найдите массу каждого металла: $m = m_{\text{сплава}} \times \omega$
Рассчитайте объём водорода от каждого активного металла отдельно
Сложите объёмы: водороды суммируются, независимо от источника

Пример. Сплав массой 20 г содержит 70 % Mg и 30 % Cu. Только магний реагирует с кислотой:

n(\text{Mg}) = \frac{20 \times 0{,}70}{24} = 0{,}583 \text{ моль}

V(\text{H}_2) = 0{,}583 \times 22{,}4 = 13{,}1 \text{ л}

Часто задаваемые вопросы

Что такое «н. у.» в задачах на объём водорода?

Н. у. — нормальные условия: температура 0 °C (273,15 K) и давление 760 мм рт. ст. (101 325 Па). При этих условиях молярный объём любого идеального газа составляет 22,4 л/моль.

Почему в задачах используют именно 22,4 л/моль?

Это стандартное значение молярного объёма Vm для идеальных газов при нормальных условиях. Получено из уравнения Менделеева-Клапейрона: Vm = RT/p при T = 273,15 K и p = 101 325 Па составляет примерно 22,414 л/моль, округляется до 22,4 л/моль.

Можно ли использовать 22,4 л/моль при комнатной температуре?

Нет, это приведёт к ошибке. При 25 °C и нормальном давлении молярный объём больше — около 24,47 л/моль. Для стандартных условий (25 °C, 101 325 Па) используйте 24,5 л/моль или уточняйте в условии задачи.

Как определить, какой металл выделит водород в реакции с кислотой?

Сравните положение металла в ряду активности металлов. Водород выделяется при взаимодействии кислот с металлами, стоящими левее водорода: Mg, Al, Zn, Fe и другие. Медь, серебро, золото — правее водорода, с невозгонивающими кислотами не реагируют.

Что делать, если в условии дана масса раствора, а не чистого вещества?

Сначала вычислите массу чистого вещества: m(в-ва) = m(раствора) × ω(массовая доля). Только затем находите количество вещества n = m/M и переходите к объёму водорода.

Результат расчёта

Похожие калькуляторы и статьи