Номер 66, страница 199 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.66. При взаимодействии 12,25 г технического хлората калия с избытком соляной кислоты выделился хлор, который поглотили избытком горячего раствора гидроксида натрия. При добавлении к получившемуся раствору избытка раствора нитрата серебра образовался осадок хлорида серебра массой 65,06 г. Какова массовая доля хлората калия в техническом образце?

Дано:

$m_{техн.} = 12.25 \text{ г}$

$m(AgCl) = 65.06 \text{ г}$

Перевод в СИ:

$m_{техн.} = 0.01225 \text{ кг}$

$m(AgCl) = 0.06506 \text{ кг}$

Найти:

$\omega(KClO_3) - ?$

Решение:

В ходе процесса протекают следующие химические реакции:

1. Взаимодействие хлората калия с соляной кислотой с выделением хлора:

$KClO_3 + 6HCl \rightarrow KCl + 3Cl_2\uparrow + 3H_2O$

2. Поглощение хлора избытком горячего раствора гидроксида натрия. В этой реакции хлор диспропорционирует, образуя хлорид натрия и хлорат натрия:

$3Cl_2 + 6NaOH \xrightarrow{t} 5NaCl + NaClO_3 + 3H_2O$

3. Осаждение хлорид-ионов из полученного раствора нитратом серебра. Осадок представляет собой хлорид серебра:

$NaCl + AgNO_3 \rightarrow AgCl\downarrow + NaNO_3$

Для решения задачи установим стехиометрическое соотношение между исходным веществом (чистым хлоратом калия) и конечным продуктом (хлоридом серебра), масса которого известна.

Из уравнения (1) следует, что из 1 моль $KClO_3$ образуется 3 моль $Cl_2$.

$n(Cl_2) = 3 \cdot n(KClO_3)$

Из уравнения (2) следует, что из 3 моль $Cl_2$ образуется 5 моль $NaCl$.

$n(NaCl) = \frac{5}{3} \cdot n(Cl_2)$

Из уравнения (3) следует, что из 1 моль $NaCl$ образуется 1 моль $AgCl$.

$n(AgCl) = n(NaCl)$

Объединим эти соотношения, чтобы связать количество вещества $KClO_3$ с количеством вещества $AgCl$:

$n(KClO_3) = \frac{1}{3} n(Cl_2) = \frac{1}{3} \cdot (\frac{3}{5} n(NaCl)) = \frac{1}{5} n(NaCl) = \frac{1}{5} n(AgCl)$

Таким образом, общее мольное соотношение: $n(KClO_3) : n(AgCl) = 1:5$.

Теперь проведем вычисления. Сначала найдем молярные массы необходимых веществ, используя округленные атомные массы: $Ar(K)=39 \text{ а.е.м.}$, $Ar(Cl)=35.5 \text{ а.е.м.}$, $Ar(O)=16 \text{ а.е.м.}$, $Ar(Ag)=108 \text{ а.е.м.}$

$M(KClO_3) = 39 + 35.5 + 3 \cdot 16 = 122.5 \text{ г/моль}$

$M(AgCl) = 108 + 35.5 = 143.5 \text{ г/моль}$

Найдем количество вещества образовавшегося осадка хлорида серебра:

$n(AgCl) = \frac{m(AgCl)}{M(AgCl)} = \frac{65.06 \text{ г}}{143.5 \text{ г/моль}} \approx 0.4534 \text{ моль}$

Используя найденное стехиометрическое соотношение, вычислим количество вещества хлората калия, которое содержалось в техническом образце:

$n(KClO_3) = \frac{1}{5} n(AgCl) = \frac{1}{5} \cdot \frac{65.06}{143.5} \text{ моль} \approx 0.09068 \text{ моль}$

Теперь найдем массу чистого хлората калия в техническом образце:

$m_{чист}(KClO_3) = n(KClO_3) \cdot M(KClO_3) = (\frac{1}{5} \cdot \frac{65.06}{143.5}) \text{ моль} \cdot 122.5 \text{ г/моль}$

$m_{чист}(KClO_3) = \frac{65.06 \cdot 122.5}{5 \cdot 143.5} \text{ г} = \frac{7969.85}{717.5} \text{ г} \approx 11.108 \text{ г}$

Наконец, рассчитаем массовую долю ($\omega$) хлората калия в техническом образце:

$\omega(KClO_3) = \frac{m_{чист}(KClO_3)}{m_{техн.}} \cdot 100\% = \frac{11.108 \text{ г}}{12.25 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 0.90678 \cdot 100\% \approx 90.68\%$

Ответ: массовая доля хлората калия в техническом образце составляет $90.68\%$.