Номер 6, страница 20 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 3. Хлор. Глава 1. Неметаллы - номер 6, страница 20.

Условие.

6. Хлор прекрасно растворим в органических растворителях, например в четырёххлористом углероде $CCl_4$: в 100 мл растворителя при 20 °C растворяется 5480 мл хлора. Найдите массовую долю хлора в этом растворе, если известно, что плотность четырёххлористого углерода равна 1,63 г/мл.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$V(\text{CCl}_4) = 100 \text{ мл}$

$V(\text{Cl}_2) = 5480 \text{ мл}$

$T = 20 \text{ °C}$

$\rho(\text{CCl}_4) = 1.63 \text{ г/мл}$

$V(\text{CCl}_4) = 100 \text{ мл} = 100 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3 = 1 \cdot 10^{-4} \text{ м}^3$

$V(\text{Cl}_2) = 5480 \text{ мл} = 5480 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3 = 5.48 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3$

$T = 20 \text{ °C} = 20 + 273.15 = 293.15 \text{ К}$

$\rho(\text{CCl}_4) = 1.63 \text{ г/мл} = 1.63 \frac{10^{-3} \text{ кг}}{10^{-6} \text{ м}^3} = 1630 \text{ кг/м}^3$

Найти:

$\omega(\text{Cl}_2) - ?$

Решение:

Массовая доля вещества в растворе ($\omega$) вычисляется по формуле:

$\omega(\text{вещества}) = \frac{m(\text{вещества})}{m(\text{раствора})}$

где $m(\text{вещества})$ — масса растворенного вещества, а $m(\text{раствора})$ — общая масса раствора.

Масса раствора равна сумме масс растворителя и растворенного вещества:

$m(\text{раствора}) = m(\text{CCl}_4) + m(\text{Cl}_2)$

Таким образом, формула для нахождения массовой доли хлора в растворе будет выглядеть так:

$\omega(\text{Cl}_2) = \frac{m(\text{Cl}_2)}{m(\text{CCl}_4) + m(\text{Cl}_2)}$

Для решения задачи нам необходимо найти массы хлора и четырёххлористого углерода.

1. Найдем массу растворителя — четырёххлористого углерода ($CCl_4$). Нам известны его объем и плотность.

$m(\text{CCl}_4) = \rho(\text{CCl}_4) \cdot V(\text{CCl}_4)$

$m(\text{CCl}_4) = 1.63 \text{ г/мл} \cdot 100 \text{ мл} = 163 \text{ г}$

2. Найдем массу растворенного хлора ($Cl_2$). Нам дан его объем при температуре 20 °C. Для нахождения массы газа из его объема необходимо найти количество вещества (в молях). Будем считать, что давление является стандартным (1 атм или 101,325 кПа), а объем газа измерен при указанной в условии температуре.

Молярный объем идеального газа при нормальных условиях (н.у.: $T_0 = 0 \text{ °C} = 273.15 \text{ К}$, $P_0 = 1 \text{ атм}$) составляет $V_{m0} = 22.4 \text{ л/моль}$. Пересчитаем молярный объем для температуры $T = 20 \text{ °C} = 293.15 \text{ К}$ при постоянном давлении:

$V_m(T) = V_{m0} \cdot \frac{T}{T_0} = 22.4 \text{ л/моль} \cdot \frac{293.15 \text{ К}}{273.15 \text{ К}} \approx 24.06 \text{ л/моль}$

Теперь найдем количество вещества хлора, предварительно переведя его объем в литры:

$V(\text{Cl}_2) = 5480 \text{ мл} = 5.48 \text{ л}$

$n(\text{Cl}_2) = \frac{V(\text{Cl}_2)}{V_m(T)} = \frac{5.48 \text{ л}}{24.06 \text{ л/моль}} \approx 0.2278 \text{ моль}$

Молярная масса хлора $M(\text{Cl}_2)$ равна $2 \cdot 35.5 \text{ г/моль} = 71 \text{ г/моль}$.

Вычислим массу хлора:

$m(\text{Cl}_2) = n(\text{Cl}_2) \cdot M(\text{Cl}_2) = 0.2278 \text{ моль} \cdot 71 \text{ г/моль} \approx 16.17 \text{ г}$

3. Найдем общую массу раствора:

$m(\text{раствора}) = m(\text{CCl}_4) + m(\text{Cl}_2) = 163 \text{ г} + 16.17 \text{ г} = 179.17 \text{ г}$

4. Вычислим массовую долю хлора в растворе:

$\omega(\text{Cl}_2) = \frac{m(\text{Cl}_2)}{m(\text{раствора})} = \frac{16.17 \text{ г}}{179.17 \text{ г}} \approx 0.09025$

Для выражения ответа в процентах, умножим полученное значение на 100%:

$\omega(\text{Cl}_2) \approx 0.09025 \cdot 100\% \approx 9.03 \%$

Ответ: массовая доля хлора в растворе составляет примерно 9,03 %.