Номер 173, страница 116 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

3.173. Какой объём 5%-го раствора гидроксида натрия (плотность 1,02 г/мл) потребуется для нейтрализации 200 мл 10%-й уксусной кислоты (плотность 1,01 г/мл)?

Дано:

Массовая доля NaOH, $w(\text{NaOH}) = 5\%$
Плотность раствора NaOH, $\rho(\text{р-ра NaOH}) = 1,02 \text{ г/мл}$
Объем раствора CH₃COOH, $V(\text{р-ра CH}_3\text{COOH}) = 200 \text{ мл}$
Массовая доля CH₃COOH, $w(\text{CH}_3\text{COOH}) = 10\%$
Плотность раствора CH₃COOH, $\rho(\text{р-ра CH}_3\text{COOH}) = 1,01 \text{ г/мл}$

$w(\text{NaOH}) = 0,05$
$\rho(\text{р-ра NaOH}) = 1,02 \frac{\text{г}}{\text{мл}} = 1020 \frac{\text{кг}}{\text{м}^3}$
$V(\text{р-ра CH}_3\text{COOH}) = 200 \text{ мл} = 2 \cdot 10^{-4} \text{ м}^3$
$w(\text{CH}_3\text{COOH}) = 0,10$
$\rho(\text{р-ра CH}_3\text{COOH}) = 1,01 \frac{\text{г}}{\text{мл}} = 1010 \frac{\text{кг}}{\text{м}^3}$

Найти:

$V(\text{р-ра NaOH})$ - ?

Решение:

1. Сначала запишем уравнение реакции нейтрализации уксусной кислоты гидроксидом натрия. Это реакция обмена, в результате которой образуются соль (ацетат натрия) и вода.

$CH_3COOH + NaOH \rightarrow CH_3COONa + H_2O$

Из уравнения реакции видно, что уксусная кислота и гидроксид натрия реагируют в мольном соотношении 1:1. Это означает, что для полной нейтрализации количество вещества кислоты должно быть равно количеству вещества щелочи:

$n(CH_3COOH) = n(NaOH)$

2. Найдем массу 200 мл 10%-го раствора уксусной кислоты, используя его плотность.

$m(\text{р-ра CH}_3\text{COOH}) = V(\text{р-ра CH}_3\text{COOH}) \cdot \rho(\text{р-ра CH}_3\text{COOH})$

$m(\text{р-ра CH}_3\text{COOH}) = 200 \text{ мл} \cdot 1,01 \text{ г/мл} = 202 \text{ г}$

3. Вычислим массу чистой уксусной кислоты в этом растворе.

$m(\text{CH}_3\text{COOH}) = m(\text{р-ра CH}_3\text{COOH}) \cdot w(\text{CH}_3\text{COOH})$

$m(\text{CH}_3\text{COOH}) = 202 \text{ г} \cdot 0,10 = 20,2 \text{ г}$

4. Найдем количество вещества (в молях) уксусной кислоты. Для этого нам понадобится молярная масса $M(\text{CH}_3\text{COOH})$.

$M(\text{CH}_3\text{COOH}) = 2 \cdot M(C) + 4 \cdot M(H) + 2 \cdot M(O) = 2 \cdot 12 + 4 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 60 \text{ г/моль}$

$n(\text{CH}_3\text{COOH}) = \frac{m(\text{CH}_3\text{COOH})}{M(\text{CH}_3\text{COOH})} = \frac{20,2 \text{ г}}{60 \text{ г/моль}} \approx 0,3367 \text{ моль}$

5. Так как $n(NaOH) = n(CH_3COOH)$, для реакции потребуется $\approx 0,3367 \text{ моль}$ гидроксида натрия. Найдем массу этого количества NaOH. Молярная масса $M(\text{NaOH})$:

$M(\text{NaOH}) = M(Na) + M(O) + M(H) = 23 + 16 + 1 = 40 \text{ г/моль}$

$m(\text{NaOH}) = n(\text{NaOH}) \cdot M(\text{NaOH}) = 0,3367 \text{ моль} \cdot 40 \text{ г/моль} \approx 13,467 \text{ г}$

6. Теперь найдем массу 5%-го раствора, в котором содержится 13,467 г NaOH.

$m(\text{р-ра NaOH}) = \frac{m(\text{NaOH})}{w(\text{NaOH})} = \frac{13,467 \text{ г}}{0,05} \approx 269,34 \text{ г}$

7. Наконец, зная массу и плотность раствора гидроксида натрия, найдем его объем.

$V(\text{р-ра NaOH}) = \frac{m(\text{р-ра NaOH})}{\rho(\text{р-ра NaOH})} = \frac{269,34 \text{ г}}{1,02 \text{ г/мл}} \approx 264,06 \text{ мл}$

Округлим результат до одного знака после запятой.

Ответ: для нейтрализации потребуется 264,1 мл 5%-го раствора гидроксида натрия.