Номер 54, страница 197 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.54. Хлор, выделившийся при взаимодействии 43,5 г оксида марганца(IV) с 500 мл 36%-й соляной кислоты (плотность 1,18 г/мл), поглотили 600 г горячего 28%-го раствора гидроксида калия. Найдите массовую долю хлората калия в растворе.

Дано:

$m(MnO_2) = 43,5 \text{ г}$

$V(\text{р-ра } HCl) = 500 \text{ мл}$

$w(HCl) = 36\% = 0,36$

$\rho(\text{р-ра } HCl) = 1,18 \text{ г/мл}$

$m(\text{р-ра } KOH) = 600 \text{ г}$

$w(KOH) = 28\% = 0,28$

Найти:

$w(KClO_3) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции получения хлора из оксида марганца(IV) и соляной кислоты:

$MnO_2 + 4HCl \rightarrow MnCl_2 + Cl_2 \uparrow + 2H_2O$

2. Рассчитаем количества веществ реагентов, чтобы определить, какое из них находится в недостатке.

Молярная масса оксида марганца(IV):
$M(MnO_2) = 55 + 2 \cdot 16 = 87 \text{ г/моль}$

Количество вещества оксида марганца(IV):
$n(MnO_2) = \frac{m(MnO_2)}{M(MnO_2)} = \frac{43,5 \text{ г}}{87 \text{ г/моль}} = 0,5 \text{ моль}$

Масса раствора соляной кислоты:
$m(\text{р-ра } HCl) = V \cdot \rho = 500 \text{ мл} \cdot 1,18 \text{ г/мл} = 590 \text{ г}$

Масса чистой соляной кислоты (хлороводорода):
$m(HCl) = m(\text{р-ра } HCl) \cdot w(HCl) = 590 \text{ г} \cdot 0,36 = 212,4 \text{ г}$

Молярная масса хлороводорода:
$M(HCl) = 1 + 35,5 = 36,5 \text{ г/моль}$

Количество вещества хлороводорода:
$n(HCl) = \frac{m(HCl)}{M(HCl)} = \frac{212,4 \text{ г}}{36,5 \text{ г/моль}} \approx 5,82 \text{ моль}$

3. Определим недостаток. По уравнению реакции, на 1 моль $MnO_2$ требуется 4 моль $HCl$.

На 0,5 моль $MnO_2$ требуется: $n_{теор}(HCl) = 4 \cdot n(MnO_2) = 4 \cdot 0,5 = 2 \text{ моль}$.

Поскольку у нас есть 5,82 моль $HCl$, а требуется только 2 моль, соляная кислота находится в избытке. Расчет ведем по недостатку, то есть по $MnO_2$.

4. Рассчитаем количество и массу выделившегося хлора.

По уравнению реакции: $n(Cl_2) = n(MnO_2) = 0,5 \text{ моль}$.

Молярная масса хлора:
$M(Cl_2) = 2 \cdot 35,5 = 71 \text{ г/моль}$

Масса выделившегося хлора:
$m(Cl_2) = n(Cl_2) \cdot M(Cl_2) = 0,5 \text{ моль} \cdot 71 \text{ г/моль} = 35,5 \text{ г}$

5. Запишем уравнение реакции хлора с горячим раствором гидроксида калия. При реакции с горячей щелочью хлор диспропорционирует с образованием хлорида и хлората:

$3Cl_2 + 6KOH \rightarrow 5KCl + KClO_3 + 3H_2O$

6. Рассчитаем количество вещества гидроксида калия и определим, какой из реагентов в недостатке во второй реакции.

Масса чистого гидроксида калия:
$m(KOH) = m(\text{р-ра } KOH) \cdot w(KOH) = 600 \text{ г} \cdot 0,28 = 168 \text{ г}$

Молярная масса гидроксида калия:
$M(KOH) = 39 + 16 + 1 = 56 \text{ г/моль}$

Количество вещества гидроксида калия:
$n(KOH) = \frac{m(KOH)}{M(KOH)} = \frac{168 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} = 3 \text{ моль}$

По уравнению реакции, на 3 моль $Cl_2$ требуется 6 моль $KOH$, то есть соотношение $n(KOH) : n(Cl_2) = 2:1$.

На 0,5 моль $Cl_2$ требуется: $n_{теор}(KOH) = 2 \cdot n(Cl_2) = 2 \cdot 0,5 = 1 \text{ моль}$.

Поскольку у нас есть 3 моль $KOH$, а требуется только 1 моль, гидроксид калия находится в избытке. Расчет ведем по недостатку, то есть по $Cl_2$.

7. Рассчитаем массу образовавшегося хлората калия ($KClO_3$).

По уравнению реакции: $n(KClO_3) = \frac{1}{3} n(Cl_2) = \frac{1}{3} \cdot 0,5 = \frac{0,5}{3} \approx 0,167 \text{ моль}$.

Молярная масса хлората калия:
$M(KClO_3) = 39 + 35,5 + 3 \cdot 16 = 122,5 \text{ г/моль}$

Масса образовавшегося хлората калия:
$m(KClO_3) = n(KClO_3) \cdot M(KClO_3) = \frac{0,5}{3} \text{ моль} \cdot 122,5 \text{ г/моль} \approx 20,42 \text{ г}$

8. Рассчитаем массу конечного раствора.

Масса конечного раствора складывается из массы исходного раствора гидроксида калия и массы поглощенного хлора:
$m(\text{конечн. р-ра}) = m(\text{р-ра } KOH) + m(Cl_2) = 600 \text{ г} + 35,5 \text{ г} = 635,5 \text{ г}$

9. Найдем массовую долю хлората калия в конечном растворе.

$w(KClO_3) = \frac{m(KClO_3)}{m(\text{конечн. р-ра})} = \frac{20,42 \text{ г}}{635,5 \text{ г}} \approx 0,0321$

В процентах: $0,0321 \cdot 100\% = 3,21\%$

Ответ: массовая доля хлората калия в растворе составляет 3,21%.