Номер 15, страница 230 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

8.15. Натрий массой 0,46 г растворили в 120 г 8%-го раствора гидроксида натрия. Рассчитайте массовую долю щёлочи в конечном растворе.

Дано:

$m(Na) = 0.46 \, г$

$m_{p-pa1}(NaOH) = 120 \, г$

$w_1(NaOH) = 8\%$

Перевод в СИ:

$m(Na) = 0.46 \times 10^{-3} \, кг$

$m_{p-pa1}(NaOH) = 120 \times 10^{-3} \, кг = 0.12 \, кг$

$w_1(NaOH) = 0.08$ (безразмерная величина)

Найти:

$w_2(NaOH) - ?$

Решение:

При добавлении металлического натрия в водный раствор гидроксида натрия происходит химическая реакция натрия с водой. Сам гидроксид натрия в реакции не участвует, но его количество в растворе увеличивается.

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия натрия с водой:

$2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2 \uparrow$

2. Найдем массу гидроксида натрия, которая содержалась в исходном 8%-м растворе:

$m_1(NaOH) = m_{p-pa1}(NaOH) \times w_1(NaOH) = 120 \, г \times 0.08 = 9.6 \, г$

3. Рассчитаем количество вещества (моль) добавленного натрия. Молярная масса натрия $M(Na) \approx 23 \, г/моль$.

$n(Na) = \frac{m(Na)}{M(Na)} = \frac{0.46 \, г}{23 \, г/моль} = 0.02 \, моль$

4. По уравнению реакции определим количество вещества и массу образовавшегося в ходе реакции гидроксида натрия ($NaOH$) и выделившегося водорода ($H_2$).

Из стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции следует, что $n(Na) : n(NaOH) : n(H_2) = 2 : 2 : 1$.

Следовательно, количество вещества образовавшегося гидроксида натрия равно количеству вещества прореагировавшего натрия:

$n(NaOH)_{прод.} = n(Na) = 0.02 \, моль$

Молярная масса гидроксида натрия $M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40 \, г/моль$.

Масса образовавшегося гидроксида натрия:

$m(NaOH)_{прод.} = n(NaOH)_{прод.} \times M(NaOH) = 0.02 \, моль \times 40 \, г/моль = 0.8 \, г$

Количество вещества выделившегося водорода в два раза меньше количества вещества натрия:

$n(H_2) = \frac{1}{2} n(Na) = \frac{1}{2} \times 0.02 \, моль = 0.01 \, моль$

Молярная масса водорода $M(H_2) = 2 \times 1 = 2 \, г/моль$.

Масса выделившегося водорода:

$m(H_2) = n(H_2) \times M(H_2) = 0.01 \, моль \times 2 \, г/моль = 0.02 \, г$

5. Рассчитаем общую массу щёлочи (гидроксида натрия) в конечном растворе. Она равна сумме массы щёлочи в исходном растворе и массы щёлочи, образовавшейся в результате реакции.

$m_2(NaOH) = m_1(NaOH) + m(NaOH)_{прод.} = 9.6 \, г + 0.8 \, г = 10.4 \, г$

6. Рассчитаем массу конечного раствора. Она складывается из массы исходного раствора и массы добавленного натрия за вычетом массы улетучившегося газообразного водорода.

$m_{p-pa2} = m_{p-pa1}(NaOH) + m(Na) - m(H_2) = 120 \, г + 0.46 \, г - 0.02 \, г = 120.44 \, г$

7. Рассчитаем массовую долю щёлочи в конечном растворе по формуле:

$w_2(NaOH) = \frac{m_2(NaOH)}{m_{p-pa2}} \times 100\%$

$w_2(NaOH) = \frac{10.4 \, г}{120.44 \, г} \times 100\% \approx 0.08635 \times 100\% \approx 8.64\%$

Ответ: массовая доля щёлочи в конечном растворе составляет 8,64%.