Номер 23, страница 195 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.23. Реальная формула хлорной извести $3\mathrm{СаСl}\left(\mathrm{ОСl}\right) · \mathrm{Са}{\left(\mathrm{ОН}\right)}_2 · 5{\mathrm{Н}}_2\mathrm{О}.$ Запишите уравнение реакции её образования при пропускании хлора через суспензию гидроксида кальция в воде. Рассчитайте массовую долю активного хлора в этом веществе.

Уравнение реакции её образования

Для того чтобы записать уравнение реакции образования хлорной извести с формулой $3\text{CaCl(OCl)} \cdot \text{Ca(OH)}_2 \cdot 5\text{H}_2\text{O}$, необходимо сбалансировать атомы в реагентах (хлор $Cl_2$ и гидроксид кальция $Ca(OH)_2$ в водной суспензии) и продукте.

Сначала определим суммарное количество атомов каждого элемента в одной формульной единице продукта:

• Атомов кальция (Ca): $3+1 = 4$
• Атомов хлора (Cl): $3 \times (1 \text{ в } Cl^- + 1 \text{ в } OCl^-) = 6$
• Атомов кислорода (O): $3 \text{ в } (OCl)^- + 2 \text{ в } (OH)_2 + 5 \text{ в } H_2O = 3+2+5 = 10$
• Атомов водорода (H): $2 \text{ в } (OH)_2 + 5 \times 2 \text{ в } H_2O = 2+10 = 12$

Итоговая брутто-формула продукта: $Ca_4Cl_6O_{10}H_{12}$.

Теперь подберем коэффициенты для реагентов, чтобы получить такое же количество атомов:

1. Для получения 4 атомов Ca необходимо взять 4 молекулы $Ca(OH)_2$. Это даст нам 4 атома Ca, $4 \times 2 = 8$ атомов O и $4 \times 2 = 8$ атомов H.
2. Для получения 6 атомов Cl необходимо взять 3 молекулы $Cl_2$.

На данный момент в левой части уравнения ($3Cl_2 + 4Ca(OH)_2$) содержится: 6 атомов Cl, 4 атома Ca, 8 атомов O и 8 атомов H.

Сравнивая с составом продукта ($Ca_4Cl_6O_{10}H_{12}$), видим, что в реагентах не хватает $10-8=2$ атомов кислорода и $12-8=4$ атомов водорода. Это соответствует двум молекулам воды ($2H_2O$), которые должны находиться в левой части уравнения, так как реакция протекает в водной среде.

Таким образом, сбалансированное уравнение реакции имеет вид:

$3Cl_2 + 4Ca(OH)_2 + 2H_2O \rightarrow 3\text{CaCl(OCl)} \cdot \text{Ca(OH)}_2 \cdot 5\text{H}_2\text{O}$

Ответ: $3Cl_2 + 4Ca(OH)_2 + 2H_2O \rightarrow 3\text{CaCl(OCl)} \cdot \text{Ca(OH)}_2 \cdot 5\text{H}_2\text{O}$

Расчет массовой доли активного хлора

Под "активным хлором" понимают условное содержание в хлорной извести хлора, который способен выделяться в свободном виде ($Cl_2$) при действии на нее разбавленных кислот. Этот хлор обладает окислительными и отбеливающими свойствами. Источником активного хлора является гипохлорит-ион $OCl^-$, в котором хлор имеет степень окисления +1.

Реакция с кислотой для смешанной соли гипохлорита и хлорида кальция выглядит так:

$CaCl(OCl) + 2H^+ \rightarrow Ca^{2+} + H_2O + Cl_2 \uparrow$

Из уравнения следует, что каждая формульная единица $CaCl(OCl)$ выделяет одну молекулу $Cl_2$. Так как в составе нашей хлорной извести содержится 3 таких единицы ($3\text{CaCl(OCl)}$), то 1 моль всего соединения будет выделять 3 моль активного хлора ($Cl_2$).

Дано:

Найти:

Массовую долю активного хлора, $\omega(\text{акт. } Cl_2)$.

Решение:

1. Вычислим молярную массу соединения $3\text{CaCl(OCl)} \cdot \text{Ca(OH)}_2 \cdot 5\text{H}_2\text{O}$.

Используем атомные массы: $A_r(Ca) = 40$, $A_r(Cl) = 35.5$, $A_r(O) = 16$, $A_r(H) = 1$.

Молярная масса $M$ равна сумме масс всех атомов в формуле $Ca_4Cl_6O_{10}H_{12}$:

$M = 4 \times A_r(Ca) + 6 \times A_r(Cl) + 10 \times A_r(O) + 12 \times A_r(H)$

$M = 4 \times 40 + 6 \times 35.5 + 10 \times 16 + 12 \times 1 = 160 + 213 + 160 + 12 = 545$ г/моль.

2. Определим массу активного хлора ($m(\text{акт. } Cl_2)$), выделяющегося из 1 моль вещества.

Как было показано, 1 моль соединения выделяет 3 моль $Cl_2$.

Молярная масса хлора $M(Cl_2) = 2 \times 35.5 = 71$ г/моль.

$m(\text{акт. } Cl_2) = 3 \times M(Cl_2) = 3 \times 71 = 213$ г.

3. Рассчитаем массовую долю активного хлора по формуле:

$\omega(\text{акт. } Cl_2) = \frac{m(\text{акт. } Cl_2)}{M(\text{соединения})} \times 100\%$

$\omega(\text{акт. } Cl_2) = \frac{213}{545} \times 100\% \approx 0.39082... \times 100\% \approx 39.08\%$

Ответ: Массовая доля активного хлора составляет $39.08\%$.