Номер 140, страница 314 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

11.140. Карбонатный буфер представляет собой раствор, содержащий смесь кислой и средней солей угольной кислоты. Кислотность буфера зависит от соотношения солей. Чтобы получить карбонатный буфер с pH = 9,8, число молей гидрокарбоната в растворе должно быть в 3,4 раза больше, чем карбоната. Сколько литров углекислого газа (н. у.) надо пропустить через раствор, содержащий 1,08 моль КОН, чтобы получить необходимый буферный раствор? Ответ подтвердите уравнениями реакций и расчётом.

Дано:

Найти:

Объем углекислого газа $V(CO_2)$ - ?

Решение:

При пропускании углекислого газа через раствор гидроксида калия образуется смесь кислой соли (гидрокарбоната калия, $KHCO_3$) и средней соли (карбоната калия, $K_2CO_3$). Происходящие химические реакции можно записать в виде:

$2KOH + CO_2 \rightarrow K_2CO_3 + H_2O$

$KOH + CO_2 \rightarrow KHCO_3$

Для приготовления буферного раствора необходимо, чтобы в конечной смеси присутствовали обе соли в заданном соотношении.

Пусть в конечном буферном растворе образовалось $x$ моль карбоната калия ($n(K_2CO_3) = x$) и $y$ моль гидрокарбоната калия ($n(KHCO_3) = y$).

Согласно условию задачи, соотношение количеств веществ солей в буферном растворе составляет:

$\frac{y}{x} = 3,4$

Отсюда $y = 3,4x$.

Весь калий из исходного раствора гидроксида калия ($KOH$) переходит в состав образовавшихся солей. Составим уравнение материального баланса по калию. В одной молекуле $K_2CO_3$ содержится два атома калия, а в одной молекуле $KHCO_3$ - один атом.

$n_{атомов}(K) = 2 \cdot n(K_2CO_3) + 1 \cdot n(KHCO_3)$

Количество вещества атомов калия равно исходному количеству вещества $KOH$:

$n(KOH) = 2x + y$

Подставим известные значения и решим систему уравнений:

$1,08 = 2x + y$

$y = 3,4x$

Подставим второе уравнение в первое:

$1,08 = 2x + 3,4x$

$1,08 = 5,4x$

$x = \frac{1,08}{5,4} = 0,2$ моль

Таким образом, количество вещества карбоната калия в полученном растворе $n(K_2CO_3) = 0,2$ моль.

Теперь найдем количество вещества гидрокарбоната калия:

$y = 3,4x = 3,4 \cdot 0,2 = 0,68$ моль

Количество вещества гидрокарбоната калия $n(KHCO_3) = 0,68$ моль.

Общее количество вещества углекислого газа, которое необходимо пропустить, равно сумме количеств вещества углерода в образовавшихся солях (поскольку в каждой формульной единице соли содержится один атом углерода):

$n(CO_2) = n(K_2CO_3) + n(KHCO_3)$

$n(CO_2) = 0,2 + 0,68 = 0,88$ моль

Зная количество вещества углекислого газа, найдем его объем при нормальных условиях (н. у.), используя молярный объем газа:

$V(CO_2) = n(CO_2) \cdot V_m$

$V(CO_2) = 0,88 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 19,712 \text{ л}$

Ответ: для получения необходимого буферного раствора надо пропустить 19,712 л углекислого газа (н. у.).