Номер 192, страница 213 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.192. На 100 г 7,9%-го раствора гидрокарбоната аммония подействовали 100 г 0,74%-го раствора гидроксида кальция. Определите массу осадка и массовые доли веществ в растворе.

Дано:

$m_{р-ра}(NH_4HCO_3) = 100 \text{ г}$

$\omega(NH_4HCO_3) = 7,9\% = 0,079$

$m_{р-ра}(Ca(OH)_2) = 100 \text{ г}$

$\omega(Ca(OH)_2) = 0,74\% = 0,0074$

Найти:

$m(осадка) - ?$

$\omega(веществ \ в \ конечном \ растворе) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции между гидрокарбонатом аммония и гидроксидом кальция. При взаимодействии этих веществ происходит несколько процессов: нейтрализация иона гидроксида ($OH^-$) ионами аммония ($NH_4^+$) и гидрокарбонат-ионами ($HCO_3^-$), а также образование нерастворимого карбоната кальция ($CaCO_3$). Суммарное уравнение реакции, учитывающее образование осадка и выделение аммиака, выглядит следующим образом:

$Ca(OH)_2 + NH_4HCO_3 \rightarrow CaCO_3\downarrow + NH_3 + 2H_2O$

2. Рассчитаем молярные массы веществ, участвующих в реакции:

$M(NH_4HCO_3) = 14 + 1 \cdot 4 + 1 + 12 + 16 \cdot 3 = 79 \text{ г/моль}$

$M(Ca(OH)_2) = 40 + (16 + 1) \cdot 2 = 74 \text{ г/моль}$

$M(CaCO_3) = 40 + 12 + 16 \cdot 3 = 100 \text{ г/моль}$

$M(NH_3) = 14 + 1 \cdot 3 = 17 \text{ г/моль}$

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

Масса гидрокарбоната аммония:

$m(NH_4HCO_3) = m_{р-ра}(NH_4HCO_3) \cdot \omega(NH_4HCO_3) = 100 \text{ г} \cdot 0,079 = 7,9 \text{ г}$

Количество вещества гидрокарбоната аммония:

$n(NH_4HCO_3) = \frac{m(NH_4HCO_3)}{M(NH_4HCO_3)} = \frac{7,9 \text{ г}}{79 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

Масса гидроксида кальция:

$m(Ca(OH)_2) = m_{р-ра}(Ca(OH)_2) \cdot \omega(Ca(OH)_2) = 100 \text{ г} \cdot 0,0074 = 0,74 \text{ г}$

Количество вещества гидроксида кальция:

$n(Ca(OH)_2) = \frac{m(Ca(OH)_2)}{M(Ca(OH)_2)} = \frac{0,74 \text{ г}}{74 \text{ г/моль}} = 0,01 \text{ моль}$

4. Определим, какой из реагентов находится в недостатке. Согласно уравнению реакции, вещества реагируют в соотношении $1:1$.

$\frac{n(Ca(OH)_2)}{1} = 0,01 \text{ моль}$

$\frac{n(NH_4HCO_3)}{1} = 0,1 \text{ моль}$

Поскольку $0,01 < 0,1$, гидроксид кальция $Ca(OH)_2$ находится в недостатке и прореагирует полностью. Дальнейшие расчеты ведем по нему.

5. Рассчитаем массу образовавшегося осадка карбоната кальция ($CaCO_3$).

Из уравнения реакции следует, что $n(CaCO_3) = n(Ca(OH)_2) = 0,01 \text{ моль}$.

$m(CaCO_3) = n(CaCO_3) \cdot M(CaCO_3) = 0,01 \text{ моль} \cdot 100 \text{ г/моль} = 1 \text{ г}$

6. Определим состав конечного раствора и рассчитаем массовые доли веществ в нем.

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

$m_{конечного \ р-ра} = m_{р-ра}(NH_4HCO_3) + m_{р-ра}(Ca(OH)_2) - m(CaCO_3) = 100 \text{ г} + 100 \text{ г} - 1 \text{ г} = 199 \text{ г}$

В растворе останется избыток гидрокарбоната аммония и образуется аммиак.

Найдем количество и массу прореагировавшего $NH_4HCO_3$:

$n_{прореаг.}(NH_4HCO_3) = n(Ca(OH)_2) = 0,01 \text{ моль}$

Найдем количество и массу оставшегося в растворе $NH_4HCO_3$:

$n_{ост.}(NH_4HCO_3) = n_{исх.}(NH_4HCO_3) - n_{прореаг.}(NH_4HCO_3) = 0,1 \text{ моль} - 0,01 \text{ моль} = 0,09 \text{ моль}$

$m_{ост.}(NH_4HCO_3) = n_{ост.}(NH_4HCO_3) \cdot M(NH_4HCO_3) = 0,09 \text{ моль} \cdot 79 \text{ г/моль} = 7,11 \text{ г}$

Найдем количество и массу образовавшегося аммиака $NH_3$:

$n(NH_3) = n(Ca(OH)_2) = 0,01 \text{ моль}$

$m(NH_3) = n(NH_3) \cdot M(NH_3) = 0,01 \text{ моль} \cdot 17 \text{ г/моль} = 0,17 \text{ г}$

Теперь рассчитаем массовые доли веществ в конечном растворе:

$\omega_{конечн.}(NH_4HCO_3) = \frac{m_{ост.}(NH_4HCO_3)}{m_{конечного \ р-ра}} = \frac{7,11 \text{ г}}{199 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 3,57\%$

$\omega(NH_3) = \frac{m(NH_3)}{m_{конечного \ р-ра}} = \frac{0,17 \text{ г}}{199 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 0,09\%$

Ответ: масса осадка составляет 1 г. Массовые доли веществ в конечном растворе: $\omega(NH_4HCO_3) \approx 3,57\%$, $\omega(NH_3) \approx 0,09\%$.