Номер 10, страница 119 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 24. Соединения кремния. Глава 1. Неметаллы - номер 10, страница 119.

Условие.

10. Почему нельзя выпаривать растворы щелочи в кварцевой или стеклянной посуде?

Решение.

Решение 2.

10. Выпаривать растворы щелочи в кварцевой или стеклянной посуде нельзя из-за химической реакции, которая происходит между щелочью и диоксидом кремния ($SiO_2$), являющимся основной составляющей как кварца, так и обычного лабораторного стекла.

Диоксид кремния ($SiO_2$) является кислотным оксидом. Щелочи (например, гидроксид натрия $NaOH$ или гидроксид калия $KOH$) — это сильные основания. При нагревании, которое необходимо для выпаривания, а также при повышении концентрации щелочи, она начинает активно реагировать с поверхностью посуды. Протекает реакция с образованием растворимых силикатов:

$SiO_2 + 2NaOH \xrightarrow{t} Na_2SiO_3 + H_2O$

Этот процесс приводит к двум основным негативным последствиям:

1. Разрушение посуды: поверхность стекла или кварца становится матовой (происходит так называемое "травление" стекла), посуда теряет прочность, становится хрупкой и со временем может полностью разрушиться.
2. Загрязнение раствора: продукт реакции — силикат (в приведенном примере силикат натрия) — попадает в выпариваемый раствор, загрязняя его. Это недопустимо, если требуется получить чистое вещество.

Поэтому для работы с горячими концентрированными растворами щелочей используют посуду из материалов, устойчивых к их действию, например, из железа, никеля, серебра или полимеров (фторопласта).

Ответ: Растворы щелочи нельзя выпаривать в кварцевой или стеклянной посуде, так как при нагревании щелочь вступает в химическую реакцию с диоксидом кремния ($SiO_2$), из которого состоит посуда. Это приводит к разрушению посуды и загрязнению раствора продуктами реакции — силикатами.

11. Так как условие задачи приведено не полностью, будем считать, что необходимо найти массы исходных веществ (кремнезёма и соды) и объем выделившегося газа (н.у.), необходимые для получения 6,1 г силиката натрия.

Дано:
$m(Na_2SiO_3) = 6.1 \text{ г}$

Найти:
$m(SiO_2)$ - ?
$m(Na_2CO_3)$ - ?
$V(CO_2)_{\text{н.у.}}$ - ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции сплавления кремнезёма (диоксида кремния, $SiO_2$) с кальцинированной содой (карбонатом натрия, $Na_2CO_3$):

$SiO_2 + Na_2CO_3 \xrightarrow{t} Na_2SiO_3 + CO_2 \uparrow$

2. Рассчитаем молярные массы веществ, используя периодическую таблицу химических элементов Д.И. Менделеева:

$M(SiO_2) = 28 + 2 \cdot 16 = 60 \text{ г/моль}$

$M(Na_2CO_3) = 2 \cdot 23 + 12 + 3 \cdot 16 = 46 + 12 + 48 = 106 \text{ г/моль}$

$M(Na_2SiO_3) = 2 \cdot 23 + 28 + 3 \cdot 16 = 46 + 28 + 48 = 122 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества (число молей) полученного силиката натрия по формуле $n = \frac{m}{M}$:

$n(Na_2SiO_3) = \frac{m(Na_2SiO_3)}{M(Na_2SiO_3)} = \frac{6.1 \text{ г}}{122 \text{ г/моль}} = 0.05 \text{ моль}$

4. Согласно уравнению реакции, стехиометрические коэффициенты перед всеми веществами равны 1. Это означает, что их количества вещества соотносятся как 1:1:1:1.

$n(SiO_2) = n(Na_2CO_3) = n(Na_2SiO_3) = n(CO_2) = 0.05 \text{ моль}$

5. Рассчитаем массы исходных веществ, вступивших в реакцию, по формуле $m = n \cdot M$:

$m(SiO_2) = n(SiO_2) \cdot M(SiO_2) = 0.05 \text{ моль} \cdot 60 \text{ г/моль} = 3.0 \text{ г}$

$m(Na_2CO_3) = n(Na_2CO_3) \cdot M(Na_2CO_3) = 0.05 \text{ моль} \cdot 106 \text{ г/моль} = 5.3 \text{ г}$

6. Рассчитаем объем выделившегося углекислого газа при нормальных условиях (н.у.), используя молярный объем газа $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$:

$V(CO_2) = n(CO_2) \cdot V_m = 0.05 \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ л/моль} = 1.12 \text{ л}$

Ответ: Для получения 6,1 г силиката натрия потребовалось 3,0 г кремнезёма и 5,3 г соды; при этом выделилось 1,12 л углекислого газа (н.у.).