Номер 52, страница 197 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.52. Хлор, полученный взаимодействием 47,4 г перманганата калия с избытком концентрированной соляной кислоты, пропустили через 500 мл горячего 20%-го раствора гидроксида натрия (плотность 1,2 г/мл). Найдите массовые доли веществ в полученном растворе.

Дано:

$m(KMnO_4) = 47,4$ г
$V(р-ра \; NaOH) = 500$ мл
$\omega(NaOH) = 20\% = 0,2$
$\rho(р-ра \; NaOH) = 1,2$ г/мл
$HCl$ - в избытке
Раствор $NaOH$ - горячий

Найти:

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

Решение:

1. Запишем уравнение реакции получения хлора взаимодействием перманганата калия с концентрированной соляной кислотой:

$2KMnO_4 + 16HCl \rightarrow 2KCl + 2MnCl_2 + 5Cl_2 \uparrow + 8H_2O$

2. Рассчитаем количество вещества перманганата калия и количество полученного хлора. Соляная кислота дана в избытке, поэтому расчет ведем по $KMnO_4$.

Молярная масса перманганата калия:

$M(KMnO_4) = 39 + 55 + 4 \cdot 16 = 158$ г/моль

Количество вещества $KMnO_4$:

$n(KMnO_4) = \frac{m(KMnO_4)}{M(KMnO_4)} = \frac{47,4 \; г}{158 \; г/моль} = 0,3$ моль

По уравнению реакции из 2 моль $KMnO_4$ образуется 5 моль $Cl_2$. Найдем количество вещества хлора:

$n(Cl_2) = \frac{5}{2} \cdot n(KMnO_4) = \frac{5}{2} \cdot 0,3 \; моль = 0,75$ моль

3. Запишем уравнение реакции хлора с горячим раствором гидроксида натрия. Это реакция диспропорционирования:

$3Cl_2 + 6NaOH \rightarrow 5NaCl + NaClO_3 + 3H_2O$

4. Рассчитаем количество вещества гидроксида натрия в исходном растворе.

Масса раствора гидроксида натрия:

$m(р-ра \; NaOH) = V(р-ра \; NaOH) \cdot \rho(р-ра \; NaOH) = 500 \; мл \cdot 1,2 \; г/мл = 600$ г

Масса чистого гидроксида натрия в растворе:

$m(NaOH) = m(р-ра \; NaOH) \cdot \omega(NaOH) = 600 \; г \cdot 0,2 = 120$ г

Молярная масса гидроксида натрия:

$M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40$ г/моль

Количество вещества $NaOH$:

$n(NaOH) = \frac{m(NaOH)}{M(NaOH)} = \frac{120 \; г}{40 \; г/моль} = 3$ моль

5. Определим, какое из веществ ($Cl_2$ или $NaOH$) находится в недостатке. По уравнению реакции соотношение $n(Cl_2) : n(NaOH) = 3:6 = 1:2$.

Для реакции с 0,75 моль $Cl_2$ требуется:

$n_{требуемый}(NaOH) = 2 \cdot n(Cl_2) = 2 \cdot 0,75 = 1,5$ моль

Поскольку в наличии имеется 3 моль $NaOH$ ($3 > 1,5$), гидроксид натрия находится в избытке. Расчет продуктов реакции ведем по хлору, который прореагирует полностью.

6. Рассчитаем массы веществ в конечном растворе.

Количество прореагировавшего $NaOH$:

$n_{прореаг.}(NaOH) = 1,5$ моль

Количество оставшегося (избыточного) $NaOH$:

$n_{ост.}(NaOH) = n_{исх.}(NaOH) - n_{прореаг.}(NaOH) = 3 \; моль - 1,5 \; моль = 1,5$ моль

Масса оставшегося $NaOH$:

$m_{ост.}(NaOH) = n_{ост.}(NaOH) \cdot M(NaOH) = 1,5 \; моль \cdot 40 \; г/моль = 60$ г

Рассчитаем количество и массу продуктов реакции:

$n(NaCl) = \frac{5}{3} \cdot n(Cl_2) = \frac{5}{3} \cdot 0,75 \; моль = 1,25$ моль

$M(NaCl) = 23 + 35,5 = 58,5$ г/моль

$m(NaCl) = n(NaCl) \cdot M(NaCl) = 1,25 \; моль \cdot 58,5 \; г/моль = 73,125$ г

$n(NaClO_3) = \frac{1}{3} \cdot n(Cl_2) = \frac{1}{3} \cdot 0,75 \; моль = 0,25$ моль

$M(NaClO_3) = 23 + 35,5 + 3 \cdot 16 = 106,5$ г/моль

$m(NaClO_3) = n(NaClO_3) \cdot M(NaClO_3) = 0,25 \; моль \cdot 106,5 \; г/моль = 26,625$ г

7. Рассчитаем массу конечного раствора. Она равна массе исходного раствора гидроксида натрия плюс масса поглощенного хлора.

Масса поглощенного хлора:

$m(Cl_2) = n(Cl_2) \cdot M(Cl_2) = 0,75 \; моль \cdot 71 \; г/моль = 53,25$ г

Масса конечного раствора:

$m_{конечн.р-ра} = m(р-ра \; NaOH) + m(Cl_2) = 600 \; г + 53,25 \; г = 653,25$ г

8. Найдем массовые доли веществ в полученном растворе. Раствор содержит хлорид натрия, хлорат натрия, избыток гидроксида натрия и воду.

Массовая доля хлорида натрия $NaCl$:

$\omega(NaCl) = \frac{m(NaCl)}{m_{конечн.р-ра}} = \frac{73,125 \; г}{653,25 \; г} \approx 0,1119$ или 11,19%

Массовая доля хлората натрия $NaClO_3$:

$\omega(NaClO_3) = \frac{m(NaClO_3)}{m_{конечн.р-ра}} = \frac{26,625 \; г}{653,25 \; г} \approx 0,0408$ или 4,08%

Массовая доля оставшегося гидроксида натрия $NaOH$:

$\omega(NaOH) = \frac{m_{ост.}(NaOH)}{m_{конечн.р-ра}} = \frac{60 \; г}{653,25 \; г} \approx 0,0918$ или 9,18%

Ответ: Массовые доли веществ в полученном растворе: $\omega(NaCl) \approx 11,19\%$; $\omega(NaClO_3) \approx 4,08\%$; $\omega(NaOH) \approx 9,18\%$.