Номер 154, страница 208 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.154. Смесь гидросульфата и сульфата натрия с массовой долей сульфата в ней 60% может вступить в реакцию с 144 мл 10%-го раствора гидроксида натрия ($\mathrm{\rho }$ = 1,11 г/мл). На исходную смесь подействовали избытком раствора гидроксида бария. Найдите массу образовавшегося осадка.

Дано:

Смесь $NaHSO_4$ и $Na_2SO_4$

$\omega(Na_2SO_4) = 60\%$

$V(\text{р-ра } NaOH) = 144 \text{ мл}$

$\rho(\text{р-ра } NaOH) = 1.11 \text{ г/мл}$

$\omega(NaOH) = 10\%$

Избыток раствора $Ba(OH)_2$

$m(\text{осадка}) - ?$

1. Из двух компонентов исходной смеси (гидросульфат натрия $NaHSO_4$ и сульфат натрия $Na_2SO_4$) с раствором гидроксида натрия ($NaOH$) будет реагировать только гидросульфат натрия, так как это кислая соль.

Уравнение реакции нейтрализации:

$NaHSO_4 + NaOH \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O$

2. Рассчитаем количество вещества гидроксида натрия, вступившего в реакцию.

Масса 10%-го раствора $NaOH$:

$m(\text{р-ра } NaOH) = V(\text{р-ра } NaOH) \cdot \rho(\text{р-ра } NaOH) = 144 \text{ мл} \cdot 1,11 \text{ г/мл} = 159,84 \text{ г}$

Масса чистого вещества $NaOH$ в растворе:

$m(NaOH) = m(\text{р-ра } NaOH) \cdot \omega(NaOH) = 159,84 \text{ г} \cdot 0,10 = 15,984 \text{ г}$

Молярная масса $NaOH$ составляет $M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40 \text{ г/моль}$.

Количество вещества $NaOH$:

$n(NaOH) = \frac{m(NaOH)}{M(NaOH)} = \frac{15,984 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} = 0,3996 \text{ моль}$

3. Согласно стехиометрии реакции, количество вещества $NaHSO_4$ равно количеству вещества $NaOH$.

$n(NaHSO_4) = n(NaOH) = 0,3996 \text{ моль}$

4. Определим состав исходной смеси. Массовая доля сульфата натрия в ней равна 60%, значит, массовая доля гидросульфата натрия составляет $100\% - 60\% = 40\%$.

Молярная масса $NaHSO_4$ составляет $M(NaHSO_4) = 23 + 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 120 \text{ г/моль}$.

Масса $NaHSO_4$ в смеси:

$m(NaHSO_4) = n(NaHSO_4) \cdot M(NaHSO_4) = 0,3996 \text{ моль} \cdot 120 \text{ г/моль} = 47,952 \text{ г}$

Общая масса исходной смеси:

$m_{\text{смеси}} = \frac{m(NaHSO_4)}{\omega(NaHSO_4)} = \frac{47,952 \text{ г}}{0,40} = 119,88 \text{ г}$

Масса $Na_2SO_4$ в смеси:

$m(Na_2SO_4) = m_{\text{смеси}} \cdot \omega(Na_2SO_4) = 119,88 \text{ г} \cdot 0,60 = 71,928 \text{ г}$

Молярная масса $Na_2SO_4$ составляет $M(Na_2SO_4) = 2 \cdot 23 + 32 + 4 \cdot 16 = 142 \text{ г/моль}$.

Количество вещества $Na_2SO_4$ в смеси:

$n(Na_2SO_4) = \frac{m(Na_2SO_4)}{M(Na_2SO_4)} = \frac{71,928 \text{ г}}{142 \text{ г/моль}} \approx 0,50654 \text{ моль}$

5. При добавлении избытка раствора гидроксида бария ($Ba(OH)_2$) оба компонента смеси будут давать осадок сульфата бария ($BaSO_4$), так как ион $Ba^{2+}$ связывает сульфат-ионы $SO_4^{2-}$. Гидросульфат-ион $HSO_4^{-}$ сначала нейтрализуется щелочью до сульфат-иона, который затем также выпадает в осадок.

Таким образом, весь сульфат из исходной смеси перейдет в осадок $BaSO_4$.

Общее количество вещества сульфат-ионов в смеси равно сумме количеств $NaHSO_4$ и $Na_2SO_4$:

$n_{\text{общ}}(SO_4) = n(NaHSO_4) + n(Na_2SO_4) = 0,3996 \text{ моль} + 0,50654 \text{ моль} \approx 0,90614 \text{ моль}$

Количество вещества образовавшегося осадка $BaSO_4$ равно общему количеству вещества сульфат-ионов:

$n(BaSO_4) = n_{\text{общ}}(SO_4) \approx 0,90614 \text{ моль}$

6. Рассчитаем массу осадка $BaSO_4$.

Молярная масса $BaSO_4$ составляет $M(BaSO_4) = 137 + 32 + 4 \cdot 16 = 233 \text{ г/моль}$.

Масса осадка:

$m(BaSO_4) = n(BaSO_4) \cdot M(BaSO_4) = 0,90614 \text{ моль} \cdot 233 \text{ г/моль} \approx 211,13 \text{ г}$

масса образовавшегося осадка составляет 211,13 г.