Номер 14, страница 119 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 24. Соединения кремния. Глава 1. Неметаллы - номер 14, страница 119.

Условие.

14. Определите массу 12,2%-го раствора силиката натрия, который можно получить, имея в распоряжении 26,5 г кальцинированной соды, 20 г кремнезёма и воду.

Решение.

Решение 2.

Дано:

Масса кальцинированной соды ($Na_2CO_3$): $m(Na_2CO_3) = 26,5 \text{ г}$
Масса кремнезёма ($SiO_2$): $m(SiO_2) = 20 \text{ г}$
Массовая доля силиката натрия в растворе: $\omega(Na_2SiO_3) = 12,2\% = 0,122$

Найти:

Массу раствора силиката натрия: $m(\text{раствора}) - ?$

Решение:

1. Для получения силиката натрия из указанных реагентов необходимо провести реакцию сплавления кальцинированной соды (карбоната натрия) с кремнезёмом (оксидом кремния(IV)). Запишем уравнение этой реакции:

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

Из уравнения видно, что реагенты вступают в реакцию в мольном соотношении 1:1.

2. Рассчитаем молярные массы веществ, участвующих в расчетах:

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

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

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

3. Определим количество вещества (в молях) каждого из исходных реагентов. Это необходимо, чтобы установить, какой из них находится в избытке, а какой — в недостатке.

Количество вещества карбоната натрия:

$n(Na_2CO_3) = \frac{m(Na_2CO_3)}{M(Na_2CO_3)} = \frac{26,5 \text{ г}}{106 \text{ г/моль}} = 0,25 \text{ моль}$

Количество вещества оксида кремния:

$n(SiO_2) = \frac{m(SiO_2)}{M(SiO_2)} = \frac{20 \text{ г}}{60 \text{ г/моль}} \approx 0,333 \text{ моль}$

4. Сравним полученные количества веществ. Согласно уравнению реакции, для полной реакции 0,25 моль $Na_2CO_3$ требуется 0,25 моль $SiO_2$. Поскольку у нас в распоряжении $\approx 0,333$ моль $SiO_2$, что больше, чем 0,25 моль, оксид кремния находится в избытке. Карбонат натрия ($Na_2CO_3$) является лимитирующим реагентом, и он прореагирует полностью. Все дальнейшие расчеты продукта реакции ведутся по недостатку.

5. По уравнению реакции, из 1 моль $Na_2CO_3$ образуется 1 моль $Na_2SiO_3$. Следовательно, количество вещества силиката натрия, которое можно получить, равно количеству вещества прореагировавшего карбоната натрия:

$n(Na_2SiO_3) = n(Na_2CO_3) = 0,25 \text{ моль}$

6. Теперь найдем массу силиката натрия, которая образуется в результате реакции:

$m(Na_2SiO_3) = n(Na_2SiO_3) \cdot M(Na_2SiO_3) = 0,25 \text{ моль} \cdot 122 \text{ г/моль} = 30,5 \text{ г}$

7. Полученные 30,5 г силиката натрия растворяют в воде для получения 12,2%-го раствора. Зная массу растворенного вещества ($Na_2SiO_3$) и его массовую долю в растворе, можем найти массу всего раствора по формуле:

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

Отсюда масса раствора равна:

$m(\text{раствора}) = \frac{m(Na_2SiO_3)}{\omega(Na_2SiO_3)} = \frac{30,5 \text{ г}}{0,122} = 250 \text{ г}$

Ответ: можно получить 250 г 12,2%-го раствора силиката натрия.