Номер 8, страница 55 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 12. Сернистый газ. Глава 1. Неметаллы - номер 8, страница 55.

Условие.

8. Через 60 г 10%-го раствора гидроксида натрия пропустили 2,24 л (н. у.) сернистого газа. Найдите массовые доли веществ в полученном растворе.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m_{р-ра}(NaOH) = 60 \text{ г}$

$\omega(NaOH) = 10\% \text{ или } 0,1$

$V(SO_2) = 2,24 \text{ л (н. у.)}$

Перевод в систему СИ:

$m_{р-ра}(NaOH) = 60 \text{ г} = 0,06 \text{ кг}$

$V(SO_2) = 2,24 \text{ л} = 2,24 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3$

Найти:

$\omega(Na_2SO_3) - ?$

$\omega(NaHSO_3) - ?$

Решение:

1. Определим массу и количество вещества гидроксида натрия в исходном растворе.

Масса чистого $NaOH$:
$m(NaOH) = m_{р-ра}(NaOH) \cdot \omega(NaOH) = 60 \text{ г} \cdot 0,1 = 6 \text{ г}$

Молярная масса $NaOH$:
$M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40 \text{ г/моль}$

Количество вещества $NaOH$:
$n(NaOH) = \frac{m(NaOH)}{M(NaOH)} = \frac{6 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} = 0,15 \text{ моль}$

2. Определим количество вещества сернистого газа ($SO_2$).

Используем молярный объем газа при нормальных условиях ($V_m = 22,4 \text{ л/моль}$):
$n(SO_2) = \frac{V(SO_2)}{V_m} = \frac{2,24 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

3. Составим уравнения реакций и определим, какие продукты образуются.

Сернистый газ ($SO_2$, кислотный оксид) реагирует с гидроксидом натрия (щелочь). В зависимости от соотношения реагентов могут образоваться средняя соль (сульфит натрия, $Na_2SO_3$) или кислая соль (гидросульфит натрия, $NaHSO_3$).
$2NaOH + SO_2 \rightarrow Na_2SO_3 + H_2O$ (соотношение $2:1$)
$NaOH + SO_2 \rightarrow NaHSO_3$ (соотношение $1:1$)

Найдем фактическое соотношение количеств веществ реагентов:
$\frac{n(NaOH)}{n(SO_2)} = \frac{0,15 \text{ моль}}{0,1 \text{ моль}} = 1,5$

Поскольку соотношение $1 < 1,5 < 2$, в реакцию вступят все исходные вещества, и в результате образуется смесь двух солей: сульфита и гидросульфита натрия.

4. Рассчитаем количества веществ продуктов реакции.

Пусть $x$ моль $SO_2$ прореагировало с образованием $Na_2SO_3$, а $y$ моль $SO_2$ - с образованием $NaHSO_3$. Тогда:
Для образования $x$ моль $Na_2SO_3$ требуется $2x$ моль $NaOH$.
Для образования $y$ моль $NaHSO_3$ требуется $y$ моль $NaOH$.
Составим систему уравнений:
$\begin{cases} x + y = n(SO_2) = 0,1 \\ 2x + y = n(NaOH) = 0,15 \end{cases}$

Вычтем первое уравнение из второго:
$(2x + y) - (x + y) = 0,15 - 0,1$
$x = 0,05 \text{ моль}$

Подставим значение $x$ в первое уравнение:
$0,05 + y = 0,1$
$y = 0,05 \text{ моль}$

Таким образом, в растворе образовалось:
$n(Na_2SO_3) = x = 0,05 \text{ моль}$
$n(NaHSO_3) = y = 0,05 \text{ моль}$

5. Найдем массы образовавшихся солей.

Молярная масса $Na_2SO_3$:
$M(Na_2SO_3) = 2 \cdot 23 + 32 + 3 \cdot 16 = 126 \text{ г/моль}$
Масса $Na_2SO_3$:
$m(Na_2SO_3) = n(Na_2SO_3) \cdot M(Na_2SO_3) = 0,05 \text{ моль} \cdot 126 \text{ г/моль} = 6,3 \text{ г}$

Молярная масса $NaHSO_3$:
$M(NaHSO_3) = 23 + 1 + 32 + 3 \cdot 16 = 104 \text{ г/моль}$
Масса $NaHSO_3$:
$m(NaHSO_3) = n(NaHSO_3) \cdot M(NaHSO_3) = 0,05 \text{ моль} \cdot 104 \text{ г/моль} = 5,2 \text{ г}$

6. Рассчитаем массу конечного раствора.

Масса поглощенного газа $SO_2$:
$M(SO_2) = 32 + 2 \cdot 16 = 64 \text{ г/моль}$
$m(SO_2) = n(SO_2) \cdot M(SO_2) = 0,1 \text{ моль} \cdot 64 \text{ г/моль} = 6,4 \text{ г}$

Масса конечного раствора равна сумме масс исходного раствора и поглощенного газа:
$m_{конечн. \ р-ра} = m_{р-ра}(NaOH) + m(SO_2) = 60 \text{ г} + 6,4 \text{ г} = 66,4 \text{ г}$

7. Найдем массовые доли веществ в полученном растворе.

Массовая доля сульфита натрия:
$\omega(Na_2SO_3) = \frac{m(Na_2SO_3)}{m_{конечн. \ р-ра}} = \frac{6,3 \text{ г}}{66,4 \text{ г}} \approx 0,09488 \text{ или } 9,49\%$

Массовая доля гидросульфита натрия:
$\omega(NaHSO_3) = \frac{m(NaHSO_3)}{m_{конечн. \ р-ра}} = \frac{5,2 \text{ г}}{66,4 \text{ г}} \approx 0,07831 \text{ или } 7,83\%$

Ответ: массовая доля сульфита натрия $Na_2SO_3$ в полученном растворе составляет $9,49\%$, а массовая доля гидросульфита натрия $NaHSO_3$ - $7,83\%$.