Номер 65, страница 199 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.65. Через трубку со смесью твёрдых хлорида и иодида натрия массой 53,4 г пропустили смесь хлора с углекислым газом. После окончания реакции масса твёрдого остатка составила 35,1 г, а на холодной части трубки образовались оранжевые кристаллы массой 46,7 г. Найдите объём хлора (н. у.), который израсходовался в ходе эксперимента.

Дано:

$m_{смеси}(NaCl + NaI) = 53,4 \text{ г}$

$m_{остатка}(NaCl) = 35,1 \text{ г}$

$m_{кристаллов} = 46,7 \text{ г}$

Перевод в систему СИ:

$m_{смеси} = 53,4 \text{ г} = 0,0534 \text{ кг}$

$m_{остатка} = 35,1 \text{ г} = 0,0351 \text{ кг}$

$m_{кристаллов} = 46,7 \text{ г} = 0,0467 \text{ кг}$

Найти:

$V(Cl_2)$ (н. у.) - ?

Решение:

При пропускании смеси хлора с углекислым газом через трубку с твердыми хлоридом и иодидом натрия протекают следующие реакции. Углекислый газ $CO_2$ в данных условиях инертен.

1. Хлор, как более активный галоген, вытесняет иод из иодида натрия:

$2NaI(тв) + Cl_2(г) \rightarrow 2NaCl(тв) + I_2(г)$

Твердый остаток в трубке после реакции представляет собой только хлорид натрия: исходный и образовавшийся в ходе реакции. Уменьшение массы твердого вещества в трубке ($53,4 \text{ г} \rightarrow 35,1 \text{ г}$) происходит из-за того, что атомы иода в кристаллической решетке замещаются более легкими атомами хлора. Рассчитаем количество вещества иодида натрия, вступившего в реакцию.

Пусть $n(NaI)$ - количество вещества прореагировавшего иодида натрия. Тогда, согласно уравнению реакции, образовалось такое же количество вещества хлорида натрия, $n(NaCl)_{обр} = n(NaI)$.

Изменение массы твердых веществ в трубке равно:

$\Delta m = m_{остатка} - m_{исх.смеси} = m(NaCl)_{обр} - m(NaI)_{прореаг}$

$\Delta m = 35,1 \text{ г} - 53,4 \text{ г} = -18,3 \text{ г}$

Выразим массы через количество вещества $n(NaI)$ и молярные массы:

$M(NaI) = 23 + 127 = 150 \text{ г/моль}$

$M(NaCl) = 23 + 35,5 = 58,5 \text{ г/моль}$

$\Delta m = n(NaI) \cdot M(NaCl) - n(NaI) \cdot M(NaI) = n(NaI) \cdot (M(NaCl) - M(NaI))$

$-18,3 = n(NaI) \cdot (58,5 - 150) = n(NaI) \cdot (-91,5)$

$n(NaI) = \frac{-18,3}{-91,5} = 0,2 \text{ моль}$

Таким образом, в исходной смеси содержалось 0,2 моль иодида натрия.

2. Образовавшийся в первой реакции газообразный иод $I_2$ в холодной части трубки реагирует с избытком хлора. Оранжевые кристаллы, вероятно, являются трихлоридом иода $ICl_3$. Проверим это предположение.

Сначала найдем количество вещества иода, образовавшегося в первой реакции:

$n(I_2) = \frac{1}{2} n(NaI) = \frac{1}{2} \cdot 0,2 \text{ моль} = 0,1 \text{ моль}$

Уравнение реакции образования трихлорида иода:

$I_2(г) + 3Cl_2(г) \rightarrow 2ICl_3(тв)$

Из 0,1 моль $I_2$ должно образоваться:

$n(ICl_3) = 2 \cdot n(I_2) = 2 \cdot 0,1 \text{ моль} = 0,2 \text{ моль}$

Рассчитаем массу этого количества $ICl_3$:

$M(ICl_3) = 127 + 3 \cdot 35,5 = 127 + 106,5 = 233,5 \text{ г/моль}$

$m(ICl_3) = n(ICl_3) \cdot M(ICl_3) = 0,2 \text{ моль} \cdot 233,5 \text{ г/моль} = 46,7 \text{ г}$

Рассчитанная масса совпадает с массой оранжевых кристаллов из условия задачи (46,7 г). Следовательно, наше предположение верно.

3. Теперь найдем общий объем хлора, израсходованного в ходе эксперимента. Хлор расходовался в обеих реакциях.

Количество хлора для реакции (1):

$n_1(Cl_2) = \frac{1}{2} n(NaI) = \frac{1}{2} \cdot 0,2 \text{ моль} = 0,1 \text{ моль}$

Количество хлора для реакции (2):

$n_2(Cl_2) = 3 \cdot n(I_2) = 3 \cdot 0,1 \text{ моль} = 0,3 \text{ моль}$

Общее количество вещества хлора:

$n_{общ}(Cl_2) = n_1(Cl_2) + n_2(Cl_2) = 0,1 \text{ моль} + 0,3 \text{ моль} = 0,4 \text{ моль}$

Объем хлора при нормальных условиях (н. у.) равен:

$V(Cl_2) = n_{общ}(Cl_2) \cdot V_m = 0,4 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 8,96 \text{ л}$

Ответ: объем израсходованного хлора составляет 8,96 л.