Объем водорода (н.у.), полученный при взаимодействии 2 моль металлического натрия с 96%-ным (по массе) раствором этанола в воде

(V = 100 мл, плотность ρ=0,8 г/мл).

A)

20,69 л

B)

41,38 л

C)

9,35

D)

18,7 л

E)

10,345

Для решения задачи нужно разобраться в реакции между металлическим натрием и этанолом, а также в том, как посчитать объем водорода, который выделяется при этой реакции.

1. Запишем уравнение реакции

Металлический натрий (Na) реагирует с этанолом (C₂H₅OH) с образованием этоксидов натрия (C₂H₅ONa) и выделением водорода (H₂):

$2Na + 2C₂H₅OH \rightarrow 2C₂H₅ONa + H₂$

Таким образом, из 2 моль натрия выделяется 1 моль водорода.

2. Рассчитаем массу раствора этанола

Итак, нам дано 100 мл раствора этанола с плотностью 0,8 г/мл. Масса раствора будет:

$m_{\text{раствора}} = V \times \rho = 100 \, \text{мл} \times 0,8 \, \text{г/мл} = 80 \, \text{г}$

Теперь определим массу этанола в растворе. 96%-ный раствор этанола означает, что 96% массы раствора — это этанол. Таким образом:

$m_{\text{этанола}} = 80 \, \text{г} \times 0,96 = 76,8 \, \text{г}$

Молекулярная масса этанола (C₂H₅OH) равна:

$M_{\text{C₂H₅OH}} = 2 \times 12 + 6 \times 1 + 16 = 46 \, \text{г/моль}$

Теперь, зная массу этанола, вычислим количество молей этанола:

$n_{\text{C₂H₅OH}} = \frac{m_{\text{этанола}}}{M_{\text{C₂H₅OH}}} = \frac{76,8}{46} \approx 1,67 \, \text{моль}$

3. Рассчитаем, сколько натрия потребуется для реакции

Согласно уравнению реакции, для того чтобы вступить в реакцию с 2 моль натрия, требуется 2 моль этанола. Однако у нас есть только 1,67 моль этанола, а следовательно, натрия также будет нужно меньше.

Количество натрия, которое будет реагировать с 1,67 моль этанола, тоже составит 1,67 моль (по уравнению реакции на 2 моль натрия нужно 2 моль этанола, значит, моли натрия и этанола равны).

4. Рассчитаем объем водорода

Согласно уравнению реакции, 2 моль натрия выделяют 1 моль водорода. Значит, 1,67 моль натрия выделяет:

$\frac{1}{2} \times 1,67 = 0,835 \, \text{моль H₂}$

Теперь найдем объем водорода при нормальных условиях (н.у.), где 1 моль газа занимает 22,4 л. Следовательно:

$V_{\text{H₂}} = 0,835 \, \text{моль} \times 22,4 \, \text{л/моль} = 18,7 \, \text{л}$

Ответ:

Объем водорода, полученный при реакции, составляет 18,7 литра, что соответствует варианту ответа D.