Номер 279, страница 221 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.279. К раствору, образовавшемуся при взаимодействии 9,1 г фосфида кальция с 200 мл 5%-й соляной кислоты (плотность 1,1 г/мл), добавили 125 г 6%-го раствора карбоната натрия. Найдите массу выпавшего осадка и объём выделившегося газа.

Дано:

m(Ca₃P₂) = 9,1 г

V(р-ра HCl) = 200 мл

ω(HCl) = 5% (0,05)

ρ(р-ра HCl) = 1,1 г/мл

m(р-ра Na₂CO₃) = 125 г

ω(Na₂CO₃) = 6% (0,06)

Найти:

m(осадка) — ?

V(газа) — ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции фосфида кальция с соляной кислотой и рассчитаем количества исходных веществ.

Молярная масса фосфида кальция: $M(Ca_3P_2) = 3 \times 40 + 2 \times 31 = 182$ г/моль.

Количество вещества фосфида кальция: $n(Ca_3P_2) = \frac{m(Ca_3P_2)}{M(Ca_3P_2)} = \frac{9,1 \text{ г}}{182 \text{ г/моль}} = 0,05$ моль.

Найдем массу и количество вещества соляной кислоты:

Масса раствора HCl: $m(\text{р-ра HCl}) = V(\text{р-ра HCl}) \times \rho(\text{р-ра HCl}) = 200 \text{ мл} \times 1,1 \text{ г/мл} = 220$ г.

Масса чистой HCl: $m(HCl) = m(\text{р-ра HCl}) \times \omega(HCl) = 220 \text{ г} \times 0,05 = 11$ г.

Молярная масса HCl: $M(HCl) = 1 + 35,5 = 36,5$ г/моль.

Количество вещества HCl: $n(HCl) = \frac{m(HCl)}{M(HCl)} = \frac{11 \text{ г}}{36,5 \text{ г/моль}} \approx 0,3014$ моль.

2. Уравнение реакции взаимодействия фосфида кальция и соляной кислоты:

$Ca_3P_2 + 6HCl \rightarrow 3CaCl_2 + 2PH_3 \uparrow$

Определим, какое из веществ находится в избытке. По уравнению реакции на 1 моль $Ca_3P_2$ требуется 6 моль $HCl$.

Необходимое количество HCl для реакции с 0,05 моль $Ca_3P_2$: $n_{необх}(HCl) = 6 \times n(Ca_3P_2) = 6 \times 0,05 = 0,3$ моль.

Поскольку в наличии 0,3014 моль HCl, что больше 0,3 моль, соляная кислота находится в избытке, а фосфид кальция реагирует полностью. Расчет ведем по недостатку ($Ca_3P_2$).

3. Рассчитаем количество продуктов реакции и избыток HCl.

Количество выделившегося газа фосфина ($PH_3$): $n(PH_3) = 2 \times n(Ca_3P_2) = 2 \times 0,05 = 0,1$ моль.

Количество образовавшегося хлорида кальция ($CaCl_2$): $n(CaCl_2) = 3 \times n(Ca_3P_2) = 3 \times 0,05 = 0,15$ моль.

Количество HCl, оставшееся в растворе после реакции: $n_{ост}(HCl) = 0,3014 - 0,3 = 0,0014$ моль.

Таким образом, после первой реакции в растворе находятся хлорид кальция ($CaCl_2$) и избыток соляной кислоты ($HCl$).

4. К полученному раствору добавляют раствор карбоната натрия. Рассчитаем его количество.

Масса чистого $Na_2CO_3$: $m(Na_2CO_3) = m(\text{р-ра } Na_2CO_3) \times \omega(Na_2CO_3) = 125 \text{ г} \times 0,06 = 7,5$ г.

Молярная масса $Na_2CO_3$: $M(Na_2CO_3) = 2 \times 23 + 12 + 3 \times 16 = 106$ г/моль.

Количество вещества $Na_2CO_3$: $n(Na_2CO_3) = \frac{7,5 \text{ г}}{106 \text{ г/моль}} \approx 0,0708$ моль.

5. Карбонат натрия будет реагировать в первую очередь с оставшейся соляной кислотой, а затем с хлоридом кальция.

а) Реакция с кислотой:

$Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2 \uparrow$

На реакцию с 0,0014 моль $HCl$ потребуется: $n_{1}(Na_2CO_3) = \frac{n_{ост}(HCl)}{2} = \frac{0,0014}{2} = 0,0007$ моль.

В ходе этой реакции выделится углекислый газ ($CO_2$) в количестве: $n(CO_2) = \frac{n_{ост}(HCl)}{2} = 0,0007$ моль.

Количество карбоната натрия, оставшееся после реакции с кислотой: $n_{ост}(Na_2CO_3) = 0,0708 - 0,0007 = 0,0701$ моль.

б) Реакция с хлоридом кальция (образование осадка):

$Na_2CO_3 + CaCl_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + 2NaCl$

В этой реакции участвуют 0,15 моль $CaCl_2$ (из п.3) и 0,0701 моль $Na_2CO_3$ (оставшийся). Сравним их количества: $0,0701 \text{ моль} < 0,15 \text{ моль}$. Следовательно, карбонат натрия находится в недостатке, и расчет осадка ведем по нему.

Количество выпавшего осадка карбоната кальция ($CaCO_3$): $n(CaCO_3) = n_{ост}(Na_2CO_3) = 0,0701$ моль.

6. Найдем массу осадка и общий объем выделившихся газов (при нормальных условиях, н.у.).

Масса осадка:

Молярная масса $CaCO_3$: $M(CaCO_3) = 40 + 12 + 3 \times 16 = 100$ г/моль.

Масса осадка: $m(CaCO_3) = n(CaCO_3) \times M(CaCO_3) = 0,0701 \text{ моль} \times 100 \text{ г/моль} = 7,01$ г.

Объем газа:

Газы, выделившиеся в ходе реакций: фосфин ($PH_3$) и углекислый газ ($CO_2$).

Общее количество вещества газов: $n_{газа} = n(PH_3) + n(CO_2) = 0,1 \text{ моль} + 0,0007 \text{ моль} = 0,1007$ моль.

Общий объем газов (при н.у., молярный объем $V_m = 22,4$ л/моль): $V_{газа} = n_{газа} \times V_m = 0,1007 \text{ моль} \times 22,4 \text{ л/моль} \approx 2,26$ л.

Ответ: масса выпавшего осадка составляет 7,01 г; объём выделившегося газа (при н.у.) составляет 2,26 л.