Номер 11, страница 194 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.11. В лаборатории для получения хлора прибегают к нагреванию смеси гидросульфата натрия, оксида марганца (IV) и хлорида натрия. Какие количества реагентов следует взять для получения 1 л хлора (н. у.)? Чем будет загрязнён хлор, если при проведении реакции оксид марганца взяли в недостатке?

Какие количества реагентов следует взять для получения 1 л хлора (н. у.)?

Дано:

$V(Cl_2) = 1$ л
Условия: н. у. (нормальные условия)
Молярный объем газа при н. у. $V_m = 22.4$ л/моль

Найти:

$n(NaCl)$ - ?
$n(MnO_2)$ - ?
$n(NaHSO_4)$ - ?
$m(NaCl)$ - ?
$m(MnO_2)$ - ?
$m(NaHSO_4)$ - ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции. В этой реакции гидросульфат натрия ($NaHSO_4$) выступает в роли кислотного реагента, а оксид марганца(IV) ($MnO_2$) — в роли окислителя хлорид-ионов из $NaCl$.

$2NaCl + MnO_2 + 4NaHSO_4 \xrightarrow{t} Cl_2\uparrow + MnSO_4 + 3Na_2SO_4 + 2H_2O$

2. Найдем количество вещества хлора ($Cl_2$) объемом 1 л при нормальных условиях.

$n(Cl_2) = \frac{V(Cl_2)}{V_m} = \frac{1 \text{ л}}{22.4 \text{ л/моль}} \approx 0.0446 \text{ моль}$

3. Согласно уравнению реакции, для получения 1 моль $Cl_2$ требуется 2 моль $NaCl$, 1 моль $MnO_2$ и 4 моль $NaHSO_4$. Рассчитаем количества веществ реагентов для получения 0.0446 моль $Cl_2$.

$n(NaCl) = 2 \cdot n(Cl_2) = 2 \cdot 0.0446 \text{ моль} \approx 0.0892 \text{ моль}$

$n(MnO_2) = 1 \cdot n(Cl_2) = 0.0446 \text{ моль}$

$n(NaHSO_4) = 4 \cdot n(Cl_2) = 4 \cdot 0.0446 \text{ моль} \approx 0.1784 \text{ моль}$

4. Рассчитаем массы необходимых реагентов. Для этого найдем их молярные массы (используя округленные атомные массы: Na - 23, Cl - 35.5, Mn - 55, O - 16, H - 1, S - 32):

$M(NaCl) = 23 + 35.5 = 58.5$ г/моль

$M(MnO_2) = 55 + 2 \cdot 16 = 87$ г/моль

$M(NaHSO_4) = 23 + 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 120$ г/моль

Теперь рассчитаем массы:

$m(NaCl) = n(NaCl) \cdot M(NaCl) = 0.0892 \text{ моль} \cdot 58.5 \text{ г/моль} \approx 5.22 \text{ г}$

$m(MnO_2) = n(MnO_2) \cdot M(MnO_2) = 0.0446 \text{ моль} \cdot 87 \text{ г/моль} \approx 3.88 \text{ г}$

$m(NaHSO_4) = n(NaHSO_4) \cdot M(NaHSO_4) = 0.1784 \text{ моль} \cdot 120 \text{ г/моль} \approx 21.41 \text{ г}$

Ответ: для получения 1 л хлора следует взять 0.0892 моль (около 5.22 г) хлорида натрия, 0.0446 моль (около 3.88 г) оксида марганца(IV) и 0.1784 моль (около 21.41 г) гидросульфата натрия.

Чем будет загрязнён хлор, если при проведении реакции оксид марганца взяли в недостатке?

Если оксид марганца(IV) ($MnO_2$), который является окислителем, взят в недостатке, то он прореагирует полностью, а другие реагенты — хлорид натрия ($NaCl$) и гидросульфат натрия ($NaHSO_4$) — останутся в избытке. При нагревании эти избыточные вещества вступают в побочную реакцию:

$NaCl(тв) + NaHSO_4(тв) \xrightarrow{t} Na_2SO_4(тв) + HCl(г)\uparrow$

В результате этой реакции выделяется газообразный хлороводород ($HCl$). Так как и хлор, и хлороводород являются газами, $HCl$ будет смешиваться с получаемым хлором, загрязняя его.

Ответ: хлор будет загрязнён хлороводородом ($HCl$).