Номер 46, страница 242 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

9.46. На 11,2 г железа подействовали 120 мл 16%-го раствора соляной кислоты ($\mathrm{\rho }$ = 1,13 г/мл). Определите объём 10%-го раствора гидроксида натрия ($\mathrm{\rho }$ = 1,08 г/мл), который может полностью прореагировать с солью, выделенной из полученного раствора.

Дано:

$m(Fe) = 11,2$ г
$V_{р-ра}(HCl) = 120$ мл
$w(HCl) = 16\% = 0,16$
$\rho_{р-ра}(HCl) = 1,13$ г/мл
$w(NaOH) = 10\% = 0,10$
$\rho_{р-ра}(NaOH) = 1,08$ г/мл

Найти:

$V_{р-ра}(NaOH)$ - ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия железа с соляной кислотой. В результате реакции образуется хлорид железа(II) и выделяется водород.

$Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2 \uparrow$

2. Определим количество вещества (моль) исходных реагентов, чтобы выяснить, какое из веществ находится в избытке, а какое в недостатке.

Найдем количество вещества железа, используя его молярную массу ($M(Fe) \approx 56$ г/моль):

$n(Fe) = \frac{m(Fe)}{M(Fe)} = \frac{11,2 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} = 0,2$ моль

Теперь найдем количество вещества соляной кислоты. Сначала вычислим массу раствора $HCl$, затем массу чистого $HCl$ и, наконец, его количество вещества ($M(HCl) \approx 36,5$ г/моль).

Масса раствора соляной кислоты:

$m_{р-ра}(HCl) = V_{р-ра}(HCl) \cdot \rho_{р-ра}(HCl) = 120 \text{ мл} \cdot 1,13 \text{ г/мл} = 135,6$ г

Масса чистого вещества $HCl$ в растворе:

$m(HCl) = m_{р-ра}(HCl) \cdot w(HCl) = 135,6 \text{ г} \cdot 0,16 = 21,696$ г

Количество вещества соляной кислоты:

$n(HCl) = \frac{m(HCl)}{M(HCl)} = \frac{21,696 \text{ г}}{36,5 \text{ г/моль}} \approx 0,594$ моль

3. Сравним полученные количества веществ с их стехиометрическими коэффициентами в уравнении реакции. Согласно уравнению, на 1 моль $Fe$ требуется 2 моль $HCl$. Следовательно, для реакции с 0,2 моль $Fe$ необходимо:

$n_{необх}(HCl) = 2 \cdot n(Fe) = 2 \cdot 0,2 \text{ моль} = 0,4$ моль

Так как в наличии имеется 0,594 моль $HCl$, что больше, чем 0,4 моль, соляная кислота находится в избытке. Расчеты будем вести по веществу в недостатке — по железу.

4. По уравнению реакции, из 1 моль $Fe$ образуется 1 моль соли — хлорида железа(II) ($FeCl_2$). Значит, количество образовавшейся соли равно количеству прореагировавшего железа:

$n(FeCl_2) = n(Fe) = 0,2$ моль

5. Далее эта соль ($FeCl_2$) реагирует с гидроксидом натрия ($NaOH$). Запишем уравнение этой реакции:

$FeCl_2 + 2NaOH \rightarrow Fe(OH)_2 \downarrow + 2NaCl$

6. Из уравнения реакции следует, что на 1 моль $FeCl_2$ расходуется 2 моль $NaOH$. Найдем количество вещества гидроксида натрия, необходимое для полной реакции с 0,2 моль $FeCl_2$:

$n(NaOH) = 2 \cdot n(FeCl_2) = 2 \cdot 0,2 \text{ моль} = 0,4$ моль

7. Теперь, зная количество вещества $NaOH$, найдем массу чистого $NaOH$ ($M(NaOH) = 40$ г/моль) и массу его 10%-го раствора.

Масса чистого $NaOH$:

$m(NaOH) = n(NaOH) \cdot M(NaOH) = 0,4 \text{ моль} \cdot 40 \text{ г/моль} = 16$ г

Масса 10%-го раствора $NaOH$:

$m_{р-ра}(NaOH) = \frac{m(NaOH)}{w(NaOH)} = \frac{16 \text{ г}}{0,10} = 160$ г

8. Наконец, зная массу и плотность раствора $NaOH$, найдем его объем:

$V_{р-ра}(NaOH) = \frac{m_{р-ра}(NaOH)}{\rho_{р-ра}(NaOH)} = \frac{160 \text{ г}}{1,08 \text{ г/мл}} \approx 148,15$ мл

Ответ: для полной реакции с солью потребуется 148,15 мл 10%-го раствора гидроксида натрия.