Номер 313, страница 75 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.313. 1-Хлорпропан массой 20 г сожгли в избытке кислорода. Рассчитайте минимальную массу 10%-го раствора гидроксида калия, способного полностью прореагировать с продуктами сгорания.

Дано:

$m(C_3H_7Cl) = 20 \text{ г}$

$\omega(KOH) = 10\% = 0.1$

Избыток $O_2$

Найти:

$m_{\text{р-ра}}(KOH) - ?$

Решение:

1. Составим уравнение реакции горения 1-хлорпропана ($C_3H_7Cl$) в избытке кислорода. При сгорании хлорорганических соединений образуются углекислый газ ($CO_2$), вода ($H_2O$) и хлороводород ($HCl$):

$2C_3H_7Cl + 9O_2 \rightarrow 6CO_2 + 6H_2O + 2HCl$

2. Рассчитаем молярную массу 1-хлорпропана, используя относительные атомные массы: $Ar(C)=12$, $Ar(H)=1$, $Ar(Cl)=35.5$.

$M(C_3H_7Cl) = 3 \cdot 12 + 7 \cdot 1 + 35.5 = 78.5 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества 1-хлорпропана массой 20 г:

$n(C_3H_7Cl) = \frac{m(C_3H_7Cl)}{M(C_3H_7Cl)} = \frac{20 \text{ г}}{78.5 \text{ г/моль}}$

Для большей точности вычислений оставим значение в виде дроби.

4. Продукты сгорания, которые реагируют с гидроксидом калия ($KOH$), – это кислотный оксид $CO_2$ и кислота $HCl$. Определим их количества вещества по уравнению реакции горения:

Из стехиометрических коэффициентов уравнения реакции следует, что соотношение количеств веществ $n(C_3H_7Cl) : n(CO_2) : n(HCl) = 2 : 6 : 2 = 1 : 3 : 1$.

$n(CO_2) = 3 \cdot n(C_3H_7Cl) = 3 \cdot \frac{20}{78.5} = \frac{60}{78.5} \text{ моль}$

$n(HCl) = n(C_3H_7Cl) = \frac{20}{78.5} \text{ моль}$

5. Запишем уравнения реакций поглощения продуктов сгорания раствором гидроксида калия. Чтобы полностью связать все кислотные продукты, реакции должны пройти до конца с образованием средних солей:

$HCl + KOH \rightarrow KCl + H_2O$

$CO_2 + 2KOH \rightarrow K_2CO_3 + H_2O$

6. Рассчитаем общее количество вещества $KOH$, необходимое для полной нейтрализации $HCl$ и $CO_2$.

Из уравнений реакций следует:

$n_1(KOH) = n(HCl) = \frac{20}{78.5} \text{ моль}$ (для реакции с HCl)

$n_2(KOH) = 2 \cdot n(CO_2) = 2 \cdot \frac{60}{78.5} = \frac{120}{78.5} \text{ моль}$ (для реакции с CO₂)

Общее количество вещества $KOH$:

$n_{\text{общ}}(KOH) = n_1(KOH) + n_2(KOH) = \frac{20}{78.5} + \frac{120}{78.5} = \frac{140}{78.5} \text{ моль}$

7. Рассчитаем массу чистого гидроксида калия ($KOH$).

Молярная масса $KOH$: $M(KOH) = 39 + 16 + 1 = 56 \text{ г/моль}$.

Масса $KOH$:

$m(KOH) = n_{\text{общ}}(KOH) \cdot M(KOH) = \frac{140}{78.5} \text{ моль} \cdot 56 \text{ г/моль} = \frac{7840}{78.5} \text{ г} \approx 99.87 \text{ г}$

8. Найдем минимальную массу 10%-го раствора гидроксида калия, которая содержит рассчитанную массу чистого $KOH$.

$m_{\text{р-ра}}(KOH) = \frac{m(KOH)}{\omega(KOH)} = \frac{99.87 \text{ г}}{0.10} = 998.7 \text{ г}$

Ответ: 998.7 г.