1. Теоретические основы

1.1. Основное понятие

Когда металл реагирует с кислотой, образуется соль и выделяется газ водород (H₂).
Общая схема реакции:

​

где Me — металл, n — валентность металла.

1.2. Связь массы металла и объёма водорода

Количество вещества водорода 2​ вычисляется по объёму газа  при нормальных условиях:

​

где  — молярный объём газа (н.у.) = 22,4 л/моль.

Количество вещества металла  связано со стехиометрией реакции:

​

Масса металла:

где — атомная масса металла.

2. Примеры химических реакций

2.1. Реакция цинка с соляной кислотой

​

• 1 моль Zn даёт 1 моль H₂.
• Если выделилось 11,2 л водорода при н.у., количество вещества H₂:

• По стехиометрии 1:1, значит $\nu$
• Масса цинка:

2.2. Реакция магния с серной кислотой

​

• 1 моль Mg → 1 моль H₂.
• При объёме водорода 22,4 л:

3. Пошаговый алгоритм расчёта

1. Определить объём выделившегося водорода $V$.
2. Вычислить количество вещества H₂: $\nu$
3. Определить коэффициенты по уравнению реакции между металлом и водородом.
4. Вычислить количество вещества металла: ​
5. Вычислить массу металла:

4. Лабораторные опыты

Опыт 1. Взаимодействие цинка с соляной кислотой

Цель: измерение объёма выделившегося водорода и расчёт массы цинка.

Материалы:

• цинк (порошок);
• HCl 1 М;
• газоотводная трубка, мензурка или газометр;
• весы.

Процедура:

1. Взвесить цинк.
2. Влить кислоту в колбу с цинком через воронку.
3. Собрать выделившийся водород в мензурке.
4. Зафиксировать объём газа.
5. Составить уравнение реакции и провести расчёт массы металла по объёму H₂.

Пример расчёта:

• Объём водорода: 11,2 л.
• Количество вещества:
• Масса цинка:

Опыт 2. Взаимодействие магния с соляной кислотой

• Реакция: Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂
• Если собран 4,48 л водорода:

5. Практические задачи

1. Какова масса алюминия, если при его реакции с кислотой выделилось 22,4 л водорода?

   ​
2. Рассчитайте массу цинка, если образовалось 33,6 л H₂ при н.у.
3. Определите объём водорода, выделившегося при реакции 10 г магния с кислотой.
4. Если объём H₂ составил 5,6 л, какой металл и в каком количестве мог прореагировать?
5. Составьте уравнения для Fe и Al с соляной кислотой и рассчитайте массу металла по объёму H₂ 11,2 л.

6. Вопросы для самопроверки

1. Что такое стехиометрия?
2. Как связаны масса металла и объём выделившегося водорода?
3. Что такое нормальные условия (н.у.)?
4. Какая роль молярного объёма газа в расчётах?
5. Как определить количество вещества по объёму газа?

6. Как рассчитать массу металла по объёму водорода?
7. Почему важно учитывать коэффициенты в уравнении реакции?
8. Приведите пример реакции металла с кислотой с выделением H₂.
9. Как использовать закон Авогадро для расчёта массы металла?
10. Почему для разных металлов выделяется разное количество водорода при одинаковой массе?

11. Рассчитайте массу алюминия, если выделилось 44,8 л H₂ при н.у.
12. Определите объём водорода, выделившегося при реакции 20 г цинка с HCl.
13. Составьте уравнение реакции Fe + HCl и рассчитайте массу железа по объёму H₂ 5,6 л.
14. Рассчитайте количество вещества магния, если при реакции с H₂SO₄ образовалось 0,3 моль H₂.
15. Сравните теоретический и экспериментальный объём водорода в опыте с Zn и HCl, если масса цинка 5 г.