Смесь двух газов, один из которых был получен обработкой 50 г карбоната кальция соляной кислотой, а второй – взаимодействием 43,5 г оксида марганца (IV) с концентрированной соляной кислотой, пропустили через 3018,2 мл 10%-ного раствора йодистого калия (плотность 1,1 г/мл). Определите объёмный состав взятых газов после окончания реакции. Растворимостью газов пренебречь.

Для решения данной задачи воспользуемся законом пропорций Гей-Люссака, который гласит, что объемы газов взаимодействующих в реакции стоят в простых числовых отношениях, если они располагаются при одинаковых условиях температуры и давления.

Дано:
Масса карбоната кальция (CaCO3) = 50 г
Масса оксида марганца (IV) (MnO2) = 43,5 г
Объем раствора йодистого калия (KI) = 3018,2 мл
Концентрация раствора йодистого калия (KI) = 10% (т.е. 10 г в 100 мл раствора)
Плотность раствора йодистого калия (KI) = 1,1 г/мл

Поскольку в задаче говорится о взаимодействии каждого газа с соляной кислотой и реакции с йодистом калия, то объем каждого газа можно определить отдельно.

1. Определение объема газа, полученного в результате реакции карбоната кальция (CaCO3) с соляной кислотой (HCl):

Для начала определим, сколько молей газа было получено при реакции карбоната кальция (CaCO3) с соляной кислотой (HCl).
Используем уравнение реакции:

CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2

Молярная масса CaCO3 = 40 g/mol + 12 g/mol + (3 x 16 g/mol) = 100 g/mol
Масса CaCO3 = 50 г
Количество молей CaCO3 = масса CaCO3 / молярная масса CaCO3 = 50 г / 100 г/моль = 0,5 моль

По уравнению реакции, на каждый моль CaCO3 образуется 1 моль CO2.
Значит, количество молей CO2 также составляет 0,5 моля.

Теперь можем определить объем газа CO2 при стандартных условиях температуры и давления (0°C и 1 атм), используя уравнение состояния идеального газа:

V = nRT/P

где:
V - объем газа в литрах,
n - количество молей газа,
R - универсальная газовая постоянная (0,0821 л * атм/моль * К),
T - температура в Кельвинах,
P - давление в атмосферах.

Заметим, что стандартные условия заданы в градусах Цельсия, поэтому переведем их в Кельвины:

0°C = 273 К

Теперь можем рассчитать объем газа CO2:

V_CO2 = (0,5 моль) * (0,0821 л * атм/моль * К) * (273 К) / (1 атм) = 11,3 л

Таким образом, объем газа CO2, полученного в результате реакции карбоната кальция с соляной кислотой, составляет 11,3 л.

2. Определение объема газа, полученного в результате реакции оксида марганца (IV) (MnO2) с соляной кислотой (HCl):

Аналогично определяем количество молей газа, полученного при реакции оксида марганца (IV) с соляной кислотой.
Используем уравнение реакции:

MnO2 + 4HCl → MnCl2 + 2H2O + Cl2

Молярная масса MnO2 = 55 г/моль
Масса MnO2 = 43,5 г
Количество молей MnO2 = масса MnO2 / молярная масса MnO2 = 43,5 г / 55 г/моль = 0,79 моль

По уравнению реакции, на каждый моль MnO2 образуется 1 моль Cl2.
Значит, количество молей Cl2 также составляет 0,79 моль.

Расчет объема газа Cl2 при стандартных условиях производим аналогично первому случаю:

V_Cl2 = (0,79 моль) * (0,0821 л * атм/моль * К) * (273 К) / (1 атм) = 17,5 л

Итак, объем газа Cl2, полученного в результате реакции оксида марганца (IV) с соляной кислотой, составляет 17,5 л.

3. Определение объема раствора йодистого калия (KI), используемого в реакции:

Объем раствора йодистого калия составляет 3018,2 мл.

Однако, для решения задачи нужно использовать массу йодистого калия, которую можно определить, зная его концентрацию и плотность.

Концентрация KI в 10%-ном растворе составляет 10 г/100 мл.

Масса KI = концентрация KI * объем раствора KI = (10 г/100 мл) * 3018,2 мл = 301,82 г

Заметим, что в условии задачи дана плотность раствора йодистого калия, поэтому можно определить массу раствора:

Масса раствора KI = объем раствора KI * плотность раствора KI = 3018,2 мл * 1,1 г/мл = 3320,02 г

Таким образом, масса йодистого калия, используемого в реакции, составляет 3320,02 г.

4. Определение объемного состава газов:

По закону пропорций Гей-Люссака, объем газов стоит в простых числовых отношениях.

Таким образом, объемный состав взятых газов после окончания реакции можно определить как отношение объемов каждого газа к их сумме:

V_CO2 / (V_CO2 + V_Cl2)

V_CO2 = 11,3 л (объем газа CO2)
V_Cl2 = 17,5 л (объем газа Cl2)

V_состав = 11,3 л / (11,3 л + 17,5 л) = 0,39

Таким образом, объемный состав газов после окончания реакции: газ CO2 - 0,39, газ Cl2 - 0,61.