Номер 160, страница 208 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.160. При действии избытком раствора хлорида бария, подкисленного соляной кислотой, на 100 г 12,6%-го раствора сульфита натрия, длительное время хранившегося на воздухе, образовалось 7,0 г осадка. Какая примесь содержится в растворе и как она образовалась? Какая часть сульфита окислилась?

Дано:

$m(раствора~Na_2SO_3) = 100~г$

$\omega(Na_2SO_3) = 12,6\% = 0,126$

$m(осадка) = 7,0~г$

Найти:

Примесь - ?

Способ образования примеси - ?

Часть окисленного $Na_2SO_3$ - ?

Решение:

Какая примесь содержится в растворе и как она образовалась?

Раствор сульфита натрия ($Na_2SO_3$) длительное время хранился на воздухе. Сульфит-ионы ($SO_3^{2-}$) легко окисляются кислородом воздуха до сульфат-ионов ($SO_4^{2-}$). Таким образом, в растворе в качестве примеси образовался сульфат натрия ($Na_2SO_4$).

Уравнение реакции окисления:

$2Na_2SO_3 + O_2 \rightarrow 2Na_2SO_4$

При добавлении к этому раствору хлорида бария ($BaCl_2$), подкисленного соляной кислотой ($HCl$), происходит образование осадка. Ионы бария ($Ba^{2+}$) могут образовывать осадки как с сульфит-ионами (сульфит бария, $BaSO_3$), так и с сульфат-ионами (сульфат бария, $BaSO_4$).

$Na_2SO_3 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_3 \downarrow + 2NaCl$

$Na_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2NaCl$

Однако реакция проводится в кислой среде (раствор подкислен $HCl$). Сульфит бария является солью слабой сернистой кислоты ($H_2SO_3$) и растворяется в сильных кислотах, таких как соляная:

$BaSO_3 + 2HCl \rightarrow BaCl_2 + H_2SO_3$ (которая разлагается на $SO_2 \uparrow + H_2O$)

Сульфат бария, являясь солью сильной серной кислоты ($H_2SO_4$), в соляной кислоте нерастворим. Следовательно, образующийся осадок массой 7,0 г — это чистый сульфат бария ($BaSO_4$).

Ответ: Примесь в растворе — сульфат натрия ($Na_2SO_4$), который образовался в результате окисления сульфита натрия кислородом воздуха.

Какая часть сульфита окислилась?

1. Найдем исходную массу и количество вещества сульфита натрия в растворе.

Масса сульфита натрия:

$m(Na_2SO_3)_{исх} = m(раствора) \cdot \omega(Na_2SO_3) = 100~г \cdot 0,126 = 12,6~г$

Молярная масса сульфита натрия:

$M(Na_2SO_3) = 2 \cdot 23,0 + 32,1 + 3 \cdot 16,0 = 126,1~г/моль$

Исходное количество вещества сульфита натрия:

$n(Na_2SO_3)_{исх} = \frac{m(Na_2SO_3)_{исх}}{M(Na_2SO_3)} = \frac{12,6~г}{126,1~г/моль} \approx 0,1~моль$

2. Найдем количество вещества сульфата бария, выпавшего в осадок.

Молярная масса сульфата бария:

$M(BaSO_4) = 137,3 + 32,1 + 4 \cdot 16,0 = 233,4~г/моль$

Количество вещества сульфата бария:

$n(BaSO_4) = \frac{m(осадка)}{M(BaSO_4)} = \frac{7,0~г}{233,4~г/моль} \approx 0,030~моль$

3. По уравнениям реакций определим количество окислившегося сульфита натрия.

Из уравнения реакции $Na_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2NaCl$ следует, что количество вещества образовавшегося сульфата натрия равно количеству вещества выпавшего в осадок сульфата бария:

$n(Na_2SO_4) = n(BaSO_4) \approx 0,030~моль$

Из уравнения реакции окисления $2Na_2SO_3 + O_2 \rightarrow 2Na_2SO_4$ следует, что количество вещества окислившегося сульфита натрия равно количеству вещества образовавшегося сульфата натрия:

$n(Na_2SO_3)_{окисл} = n(Na_2SO_4) \approx 0,030~моль$

4. Найдем, какая часть (доля) исходного сульфита натрия окислилась.

Часть окисленного $Na_2SO_3 = \frac{n(Na_2SO_3)_{окисл}}{n(Na_2SO_3)_{исх}} = \frac{0,030~моль}{0,1~моль} = 0,30$

Это составляет $0,30 \cdot 100\% = 30\%$.

Ответ: Окислилась часть сульфита, равная 0,30, или 30% от исходного количества.