Номер 9, страница 9 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 1. Классификация простых веществ. Водород. Глава 1. Неметаллы - номер 9, страница 9.

Условие.

9. Сколько граммов натрия и какой объём воды необходимо взять для получения 11,2 л водорода (н. у.) и 10%-го раствора гидроксида натрия?

Решение.

Решение 2.

Дано:

$V(H_2) = 11,2$ л (н. у.)

$w(NaOH) = 10\% = 0,1$

$\rho(H_2O) = 1$ г/мл

Найти:

$m(Na)$ — ?

$V(H_2O)$ — ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия натрия с водой:

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

2. Найдем количество вещества выделившегося водорода. Молярный объем газа при нормальных условиях (н. у.) составляет $V_m = 22,4$ л/моль.

$n(H_2) = \frac{V(H_2)}{V_m} = \frac{11,2 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,5 \text{ моль}$

3. Используя уравнение реакции, найдем количество вещества натрия ($Na$), которое необходимо для реакции, и количество вещества образовавшегося гидроксида натрия ($NaOH$).

Согласно стехиометрическим коэффициентам:

$n(Na) = 2 \cdot n(H_2) = 2 \cdot 0,5 \text{ моль} = 1 \text{ моль}$

$n(NaOH) = 2 \cdot n(H_2) = 2 \cdot 0,5 \text{ моль} = 1 \text{ моль}$

4. Рассчитаем массу натрия. Молярная масса натрия $M(Na) = 23$ г/моль.

$m(Na) = n(Na) \cdot M(Na) = 1 \text{ моль} \cdot 23 \text{ г/моль} = 23 \text{ г}$

5. Теперь определим, какой объем воды необходим. Для этого сначала найдем массу образовавшегося гидроксида натрия. Молярная масса $NaOH$ равна $M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40$ г/моль.

$m(NaOH) = n(NaOH) \cdot M(NaOH) = 1 \text{ моль} \cdot 40 \text{ г/моль} = 40 \text{ г}$

6. Зная массу $NaOH$ и его массовую долю в конечном растворе (10%), найдем массу всего раствора.

$m_{\text{раствора}} = \frac{m(NaOH)}{w(NaOH)} = \frac{40 \text{ г}}{0,1} = 400 \text{ г}$

7. Масса воды, оставшейся в растворе после реакции, равна разности масс раствора и гидроксида натрия.

$m(H_2O)_{\text{в растворе}} = m_{\text{раствора}} - m(NaOH) = 400 \text{ г} - 40 \text{ г} = 360 \text{ г}$

8. Также необходимо учесть воду, которая прореагировала с натрием. Найдем ее количество вещества и массу. Из уравнения реакции:

$n(H_2O)_{\text{прореаг.}} = 2 \cdot n(H_2) = 2 \cdot 0,5 \text{ моль} = 1 \text{ моль}$

Молярная масса воды $M(H_2O) = 18$ г/моль.

$m(H_2O)_{\text{прореаг.}} = n(H_2O)_{\text{прореаг.}} \cdot M(H_2O) = 1 \text{ моль} \cdot 18 \text{ г/моль} = 18 \text{ г}$

9. Суммарная масса воды, которую необходимо было взять, равна сумме массы прореагировавшей воды и массы воды, оставшейся в растворе.

$m(H_2O)_{\text{исходная}} = m(H_2O)_{\text{в растворе}} + m(H_2O)_{\text{прореаг.}} = 360 \text{ г} + 18 \text{ г} = 378 \text{ г}$

10. Так как плотность воды принимается за 1 г/мл, ее объем будет численно равен массе.

$V(H_2O) = \frac{m(H_2O)}{\rho(H_2O)} = \frac{378 \text{ г}}{1 \text{ г/мл}} = 378 \text{ мл}$

Ответ: необходимо взять 23 г натрия и 378 мл воды.