Номер 119, страница 156 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

4.119. К 200 г 5%-го раствора бромида пиридиния добавили 150 г 10%-го раствора нитрата серебра. Определите массу выпавшего осадка и массовые доли веществ в полученном растворе.

Дано:

$m_{р-ра}([C_5H_5NH]Br) = 200~г$

$w([C_5H_5NH]Br) = 5\%$

$m_{р-ра}(AgNO_3) = 150~г$

$w(AgNO_3) = 10\%$

$m_{р-ра}([C_5H_5NH]Br) = 0.2~кг; w([C_5H_5NH]Br) = 0.05; m_{р-ра}(AgNO_3) = 0.15~кг; w(AgNO_3) = 0.10$

Найти:

$m(осадка) - ?$

$w_{конечн.}(веществ) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции между бромидом пиридиния и нитратом серебра. Это реакция ионного обмена, в результате которой выпадает осадок бромида серебра ($AgBr$):

$[C_5H_5NH]Br + AgNO_3 \rightarrow AgBr \downarrow + [C_5H_5NH]NO_3$

2. Рассчитаем молярные массы веществ, используя округленные атомные массы (C: 12, H: 1, N: 14, Br: 80, Ag: 108, O: 16):

$M([C_5H_5NH]Br) = 5 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + 14 + 80 = 160~г/моль$

$M(AgNO_3) = 108 + 14 + 3 \cdot 16 = 170~г/моль$

$M(AgBr) = 108 + 80 = 188~г/моль$

$M([C_5H_5NH]NO_3) = (5 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + 14) + 14 + 3 \cdot 16 = 80 + 62 = 142~г/моль$

3. Найдем массы и количества вещества (в молях) реагентов в исходных растворах.

Масса бромида пиридиния:

$m([C_5H_5NH]Br) = m_{р-ра}([C_5H_5NH]Br) \cdot w([C_5H_5NH]Br) = 200~г \cdot 0.05 = 10~г$

Количество вещества бромида пиридиния:

$n([C_5H_5NH]Br) = \frac{m([C_5H_5NH]Br)}{M([C_5H_5NH]Br)} = \frac{10~г}{160~г/моль} = 0.0625~моль$

Масса нитрата серебра:

$m(AgNO_3) = m_{р-ра}(AgNO_3) \cdot w(AgNO_3) = 150~г \cdot 0.10 = 15~г$

Количество вещества нитрата серебра:

$n(AgNO_3) = \frac{m(AgNO_3)}{M(AgNO_3)} = \frac{15~г}{170~г/моль} \approx 0.08824~моль$

4. Определим лимитирующий реагент. Согласно уравнению реакции, вещества реагируют в стехиометрическом соотношении 1:1.

Сравним количества веществ реагентов:

$n([C_5H_5NH]Br) = 0.0625~моль$

$n(AgNO_3) \approx 0.08824~моль$

Поскольку $0.0625 < 0.08824$, бромид пиридиния находится в недостатке и прореагирует полностью. Дальнейшие расчеты ведем по нему.

5. Рассчитаем массу выпавшего осадка ($AgBr$).

По уравнению реакции, количество вещества осадка равно количеству вещества лимитирующего реагента:

$n(AgBr) = n([C_5H_5NH]Br) = 0.0625~моль$

Масса осадка:

$m(AgBr) = n(AgBr) \cdot M(AgBr) = 0.0625~моль \cdot 188~г/моль = 11.75~г$

6. Рассчитаем состав конечного раствора и массовые доли растворенных веществ.

Масса конечного раствора равна сумме масс исходных растворов за вычетом массы выпавшего осадка:

$m_{конечн. р-ра} = m_{р-ра}([C_5H_5NH]Br) + m_{р-ра}(AgNO_3) - m(AgBr) = 200~г + 150~г - 11.75~г = 338.25~г$

В конечном растворе содержатся: продукт реакции нитрат пиридиния ($[C_5H_5NH]NO_3$) и избыток нитрата серебра ($AgNO_3$).

Масса образовавшегося нитрата пиридиния:

$n([C_5H_5NH]NO_3) = n([C_5H_5NH]Br) = 0.0625~моль$

$m([C_5H_5NH]NO_3) = 0.0625~моль \cdot 142~г/моль = 8.875~г$

Масса нитрата серебра, оставшегося в растворе:

$n_{прореаг.}(AgNO_3) = n([C_5H_5NH]Br) = 0.0625~моль$

$m_{прореаг.}(AgNO_3) = 0.0625~моль \cdot 170~г/моль = 10.625~г$

$m_{ост.}(AgNO_3) = m_{исх.}(AgNO_3) - m_{прореаг.}(AgNO_3) = 15~г - 10.625~г = 4.375~г$

Массовые доли веществ в полученном растворе:

$w([C_5H_5NH]NO_3) = \frac{m([C_5H_5NH]NO_3)}{m_{конечн. р-ра}} = \frac{8.875~г}{338.25~г} \approx 0.02624$

$w(AgNO_3) = \frac{m_{ост.}(AgNO_3)}{m_{конечн. р-ра}} = \frac{4.375~г}{338.25~г} \approx 0.01293$

Переведем массовые доли в проценты:

$w([C_5H_5NH]NO_3) \approx 2.62\%$

$w(AgNO_3) \approx 1.29\%$

Ответ: масса выпавшего осадка $AgBr$ составляет $11.75~г$. Массовые доли веществ в полученном растворе: нитрата пиридиния $[C_5H_5NH]NO_3$ - $2.62\%$; нитрата серебра $AgNO_3$ - $1.29\%$.