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

Параграф 24. Соединения кремния. Глава 1. Неметаллы - номер 11, страница 119.

Условие.

11. При сплавлении кремнезёма с содой получили 6,1 г силиката натрия. Выделившийся газ был поглощён 18 мл 10%-го раствора NaOH ($\rho = 1,1$ г/мл). Определите состав полученной соли и её массовую долю в растворе.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(Na_2SiO_3) = 6.1 \text{ г} = 6.1 \cdot 10^{-3} \text{ кг}$
$V(\text{р-ра NaOH}) = 18 \text{ мл} = 18 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3$
$\omega(NaOH) = 10\% = 0.1$
$\rho(\text{р-ра NaOH}) = 1.1 \text{ г/мл} = 1100 \text{ кг/м}^3$

Найти:

Состав полученной соли - ?
$\omega(\text{соли})$ - ?

Решение:

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

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

В ходе этой реакции образуется силикат натрия ($Na_2SiO_3$) и выделяется углекислый газ ($CO_2$).

2. Найдем количество вещества силиката натрия, полученного в реакции. Молярная масса силиката натрия:

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

Количество вещества $Na_2SiO_3$:

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

3. По уравнению реакции, количество выделившегося углекислого газа равно количеству образовавшегося силиката натрия:

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

4. Определим количество вещества гидроксида натрия ($NaOH$) в растворе, который поглотил углекислый газ. Сначала найдем массу раствора $NaOH$:

$m(\text{р-ра NaOH}) = \rho(\text{р-ра NaOH}) \cdot V(\text{р-ра NaOH}) = 1.1 \text{ г/мл} \cdot 18 \text{ мл} = 19.8 \text{ г}$

Теперь найдем массу чистого $NaOH$ в этом растворе:

$m(NaOH) = m(\text{р-ра NaOH}) \cdot \omega(NaOH) = 19.8 \text{ г} \cdot 0.10 = 1.98 \text{ г}$

Молярная масса $NaOH$:

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

Количество вещества $NaOH$:

$n(NaOH) = \frac{m(NaOH)}{M(NaOH)} = \frac{1.98 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} = 0.0495 \text{ моль}$

5. Определим состав соли, образовавшейся при поглощении $CO_2$ раствором $NaOH$. Для этого сравним молярные соотношения реагентов, $n(CO_2)$ и $n(NaOH)$.

$n(CO_2) = 0.05 \text{ моль}$
$n(NaOH) = 0.0495 \text{ моль}$

Найдем соотношение количеств веществ:

$\frac{n(NaOH)}{n(CO_2)} = \frac{0.0495}{0.05} = 0.99$

Это соотношение близко к 1. При взаимодействии углекислого газа со щелочью возможны две реакции:

$CO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$ (соотношение $n(NaOH):n(CO_2) = 2:1$)

$CO_2 + NaOH \rightarrow NaHCO_3$ (соотношение $n(NaOH):n(CO_2) = 1:1$)

Поскольку соотношение реагентов близко к 1:1, а $n(NaOH) < n(CO_2)$, гидроксид натрия является лимитирующим реагентом и прореагирует полностью с образованием кислой соли — гидрокарбоната натрия ($NaHCO_3$).

$CO_2 + NaOH \rightarrow NaHCO_3$

Таким образом, полученная соль — это гидрокарбонат натрия.

6. Рассчитаем массовую долю гидрокарбоната натрия в конечном растворе. Количество вещества образовавшегося $NaHCO_3$ равно количеству прореагировавшего $NaOH$:

$n(NaHCO_3) = n(NaOH) = 0.0495 \text{ моль}$

Найдем массу $NaHCO_3$:

$M(NaHCO_3) = 23 + 1 + 12 + 3 \cdot 16 = 84 \text{ г/моль}$

$m(NaHCO_3) = n(NaHCO_3) \cdot M(NaHCO_3) = 0.0495 \text{ моль} \cdot 84 \text{ г/моль} = 4.158 \text{ г}$

Масса конечного раствора складывается из массы исходного раствора $NaOH$ и массы поглощенного (прореагировавшего) $CO_2$. Найдем массу прореагировавшего $CO_2$:

$n(\text{реаг. } CO_2) = n(NaOH) = 0.0495 \text{ моль}$

$M(CO_2) = 12 + 2 \cdot 16 = 44 \text{ г/моль}$

$m(\text{реаг. } CO_2) = n(\text{реаг. } CO_2) \cdot M(CO_2) = 0.0495 \text{ моль} \cdot 44 \text{ г/моль} = 2.178 \text{ г}$

Масса конечного раствора:

$m(\text{конечн. р-ра}) = m(\text{р-ра NaOH}) + m(\text{реаг. } CO_2) = 19.8 \text{ г} + 2.178 \text{ г} = 21.978 \text{ г}$

Массовая доля $NaHCO_3$ в конечном растворе:

$\omega(NaHCO_3) = \frac{m(NaHCO_3)}{m(\text{конечн. р-ра})} \cdot 100\% = \frac{4.158 \text{ г}}{21.978 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 18.92\%$

Ответ:

Состав полученной соли — гидрокарбонат натрия ($NaHCO_3$). Массовая доля гидрокарбоната натрия в полученном растворе составляет 18.92%.