Номер 29, страница 241 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

9.29. Хлор, выделившийся в результате взаимодействия 8,7 г оксида марганца(IV) с 112,9 мл 30%-й соляной кислоты плотностью 1,16 г/мл, вступил в реакцию с железом массой 2,8 г. Образовавшуюся соль растворили в 200 г воды. Определите массовую долю соли в растворе.

Дано:

$m(MnO_2) = 8,7 \text{ г}$

$V(р-ра\;HCl) = 112,9 \text{ мл}$

$\omega(HCl) = 30\% = 0,3$

$\rho(р-ра\;HCl) = 1,16 \text{ г/мл}$

$m(Fe) = 2,8 \text{ г}$

$m(H_2O) = 200 \text{ г}$

Найти:

$\omega(соли) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции получения хлора при взаимодействии оксида марганца(IV) с концентрированной соляной кислотой:

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

2. Рассчитаем количества веществ исходных реагентов для определения того, который находится в недостатке.

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

Количество вещества оксида марганца(IV):

$n(MnO_2) = \frac{m(MnO_2)}{M(MnO_2)} = \frac{8,7 \text{ г}}{87 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

Масса раствора соляной кислоты:

$m(р-ра\;HCl) = V(р-ра\;HCl) \cdot \rho(р-ра\;HCl) = 112,9 \text{ мл} \cdot 1,16 \text{ г/мл} = 130,964 \text{ г}$

Масса чистого хлороводорода в растворе:

$m(HCl) = m(р-ра\;HCl) \cdot \omega(HCl) = 130,964 \text{ г} \cdot 0,3 = 39,2892 \text{ г}$

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

Количество вещества хлороводорода:

$n(HCl) = \frac{m(HCl)}{M(HCl)} = \frac{39,2892 \text{ г}}{36,5 \text{ г/моль}} \approx 1,076 \text{ моль}$

3. Сравним количества веществ реагентов по уравнению. На 1 моль $MnO_2$ требуется 4 моль $HCl$.

Для реакции с 0,1 моль $MnO_2$ необходимо $4 \cdot 0,1 = 0,4 \text{ моль}$ HCl. Поскольку у нас есть 1,076 моль HCl (что больше 0,4 моль), соляная кислота находится в избытке, а оксид марганца(IV) — в недостатке. Расчет выделившегося хлора ведем по $MnO_2$.

4. Из уравнения реакции следует, что $n(Cl_2) = n(MnO_2)$.

$n(Cl_2) = 0,1 \text{ моль}$

5. Запишем уравнение реакции полученного хлора с железом. Хлор — сильный окислитель и окисляет железо до степени окисления +3, образуя хлорид железа(III).

$2Fe + 3Cl_2 \rightarrow 2FeCl_3$

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

Молярная масса железа $M(Fe) = 56 \text{ г/моль}$.

Количество вещества железа:

$n(Fe) = \frac{m(Fe)}{M(Fe)} = \frac{2,8 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} = 0,05 \text{ моль}$

7. Сравним количества веществ. По уравнению, на 2 моль Fe требуется 3 моль $Cl_2$.

Для реакции с 0,05 моль Fe необходимо $n(Cl_2) = \frac{3}{2} \cdot n(Fe) = \frac{3}{2} \cdot 0,05 = 0,075 \text{ моль}$.

У нас есть 0,1 моль $Cl_2$ (что больше 0,075 моль), следовательно, хлор находится в избытке, а железо — в недостатке. Расчет образовавшейся соли ведем по железу.

8. Из уравнения реакции следует, что $n(FeCl_3) = n(Fe)$.

$n(FeCl_3) = 0,05 \text{ моль}$

Рассчитаем массу образовавшейся соли — хлорида железа(III).

Молярная масса хлорида железа(III) $M(FeCl_3) = 56 + 3 \cdot 35,5 = 162,5 \text{ г/моль}$.

Масса хлорида железа(III):

$m(FeCl_3) = n(FeCl_3) \cdot M(FeCl_3) = 0,05 \text{ моль} \cdot 162,5 \text{ г/моль} = 8,125 \text{ г}$

9. Определим массовую долю соли в конечном растворе, полученном растворением $FeCl_3$ в 200 г воды.

Масса конечного раствора:

$m(раствора) = m(FeCl_3) + m(H_2O) = 8,125 \text{ г} + 200 \text{ г} = 208,125 \text{ г}$

Массовая доля соли в растворе:

$\omega(FeCl_3) = \frac{m(FeCl_3)}{m(раствора)} = \frac{8,125 \text{ г}}{208,125 \text{ г}} \approx 0,03904$

В процентах это составляет $0,03904 \cdot 100\% \approx 3,9\%$.

Ответ: массовая доля соли в растворе составляет 3,9%.