Номер 14, страница 110 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 22. Соединения углерода. Глава 1. Неметаллы - номер 14, страница 110.

Условие.

14. 2 г мрамора прокалили при 800 °C, а полученный твёрдый остаток растворили в 80 мл воды. Сколько 12,6%-й азотной кислоты ($ \rho = 1,07 $ г/мл) потребуется для нейтрализации полученного раствора? Рассчитайте массовую долю соли в конечном растворе.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(мрамора) = 2 \text{ г} = 0.002 \text{ кг}$
$V(H_2O) = 80 \text{ мл} = 80 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3$
$\omega(HNO_3) = 12.6\% = 0.126$
$\rho(р-ра \ HNO_3) = 1.07 \text{ г/мл} = 1070 \text{ кг/м}^3$

Найти:

$m(р-ра \ HNO_3)$ - ?
$\omega(соли \ в \ конечном \ р-ре)$ - ?

Решение:

1. Мрамор является природной формой карбоната кальция ($CaCO_3$). При прокаливании он разлагается на оксид кальция ($CaO$) и углекислый газ ($CO_2$). Запишем уравнение реакции:

$CaCO_3 \xrightarrow{800 ^\circ C} CaO + CO_2\uparrow$

2. Рассчитаем количество вещества карбоната кальция в 2 г мрамора. Молярная масса $CaCO_3$ составляет $M(CaCO_3) = 40.08 + 12.01 + 3 \cdot 16.00 \approx 100 \text{ г/моль}$.

$n(CaCO_3) = \frac{m(CaCO_3)}{M(CaCO_3)} = \frac{2 \text{ г}}{100 \text{ г/моль}} = 0.02 \text{ моль}$

3. Согласно стехиометрии реакции, из одного моля $CaCO_3$ образуется один моль $CaO$. Следовательно, количество вещества полученного твёрдого остатка (оксида кальция) равно:

$n(CaO) = n(CaCO_3) = 0.02 \text{ моль}$

4. Оксид кальция растворяют в воде, при этом происходит реакция с образованием гидроксида кальция ($Ca(OH)_2$), который является основанием (щёлочью):

$CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2$

По уравнению реакции, количество вещества образовавшегося гидроксида кальция также равно 0.02 моль:

$n(Ca(OH)_2) = n(CaO) = 0.02 \text{ моль}$

Теперь у нас есть вся информация для ответа на вопросы задачи.

Сколько 12,6%-й азотной кислоты (ρ = 1,07 г/мл) потребуется для нейтрализации полученного раствора?

1. Нейтрализация полученного раствора гидроксида кальция происходит по следующему уравнению:

$Ca(OH)_2 + 2HNO_3 \rightarrow Ca(NO_3)_2 + 2H_2O$

2. Из уравнения видно, что для нейтрализации 1 моль $Ca(OH)_2$ необходимо 2 моль $HNO_3$. Рассчитаем необходимое количество вещества азотной кислоты:

$n(HNO_3) = 2 \cdot n(Ca(OH)_2) = 2 \cdot 0.02 \text{ моль} = 0.04 \text{ моль}$

3. Рассчитаем массу чистой азотной кислоты. Молярная масса $HNO_3$ составляет $M(HNO_3) = 1.01 + 14.01 + 3 \cdot 16.00 \approx 63 \text{ г/моль}$.

$m(HNO_3) = n(HNO_3) \cdot M(HNO_3) = 0.04 \text{ моль} \cdot 63 \text{ г/моль} = 2.52 \text{ г}$

4. Зная массу чистой кислоты и её массовую долю в растворе (12,6%), найдём массу всего раствора:

$m(р-ра \ HNO_3) = \frac{m(HNO_3)}{\omega(HNO_3)} = \frac{2.52 \text{ г}}{0.126} = 20 \text{ г}$

Ответ: для нейтрализации потребуется 20 г 12,6%-го раствора азотной кислоты.

Рассчитайте массовую долю соли в конечном растворе.

1. Соль, образующаяся в реакции, — это нитрат кальция, $Ca(NO_3)_2$. Согласно уравнению нейтрализации, из 1 моль $Ca(OH)_2$ образуется 1 моль $Ca(NO_3)_2$.

$n(Ca(NO_3)_2) = n(Ca(OH)_2) = 0.02 \text{ моль}$

2. Рассчитаем массу образовавшейся соли. Молярная масса $Ca(NO_3)_2$ составляет $M(Ca(NO_3)_2) = 40.08 + 2 \cdot (14.01 + 3 \cdot 16.00) \approx 164 \text{ г/моль}$.

$m(Ca(NO_3)_2) = n(Ca(NO_3)_2) \cdot M(Ca(NO_3)_2) = 0.02 \text{ моль} \cdot 164 \text{ г/моль} = 3.28 \text{ г}$

3. Для расчёта массовой доли соли нужно найти общую массу конечного раствора. Она складывается из массы исходного раствора щёлочи и массы добавленного раствора кислоты. В ходе реакции газ не выделялся, поэтому масса сохраняется.

Масса раствора щёлочи = масса воды + масса растворенного $CaO$.
Масса воды (при плотности $\rho(H_2O) \approx 1 \text{ г/мл}$): $m(H_2O) = 80 \text{ мл} \cdot 1 \text{ г/мл} = 80 \text{ г}$.
Масса оксида кальция: $m(CaO) = n(CaO) \cdot M(CaO) = 0.02 \text{ моль} \cdot (40.08 + 16.00) \text{ г/моль} \approx 0.02 \cdot 56 \text{ г/моль} = 1.12 \text{ г}$.
Масса раствора щёлочи: $m_{р-ра}(Ca(OH)_2) = m(H_2O) + m(CaO) = 80 \text{ г} + 1.12 \text{ г} = 81.12 \text{ г}$.

Масса добавленного раствора кислоты: $m(р-ра \ HNO_3) = 20 \text{ г}$.

Общая масса конечного раствора:

$m_{конечн. р-ра} = m_{р-ра}(Ca(OH)_2) + m(р-ра \ HNO_3) = 81.12 \text{ г} + 20 \text{ г} = 101.12 \text{ г}$

4. Рассчитаем массовую долю нитрата кальция в конечном растворе:

$\omega(Ca(NO_3)_2) = \frac{m(Ca(NO_3)_2)}{m_{конечн. р-ра}} \cdot 100\% = \frac{3.28 \text{ г}}{101.12 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 3.24\%$

Ответ: массовая доля соли в конечном растворе составляет 3.24%.