Номер 8, страница 99 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава III. Вещества и их свойства. Параграф 18. Неорганические и органические кислоты. Примените свои знания - номер 8, страница 99.

Условие.

8. Какой объём углекислого газа (н. у.) выделится при добавлении 10 г $6,5\%$-ного раствора азотной кислоты к 15 г $4\%$-ного раствора карбоната натрия?

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m_{р-ра}(HNO_3) = 10 \text{ г}$

$\omega(HNO_3) = 6.5\% = 0.065$

$m_{р-ра}(Na_2CO_3) = 15 \text{ г}$

$\omega(Na_2CO_3) = 4\% = 0.04$

Условия: н. у. (нормальные условия), $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$

Найти:

$V(CO_2) - ?$

Решение:

1. Составим уравнение химической реакции между азотной кислотой и карбонатом натрия:

$2HNO_3 + Na_2CO_3 \rightarrow 2NaNO_3 + H_2O + CO_2 \uparrow$

2. Вычислим массы чистых реагентов в исходных растворах.

Масса чистой азотной кислоты $HNO_3$:

$m(HNO_3) = m_{р-ра}(HNO_3) \cdot \omega(HNO_3) = 10 \text{ г} \cdot 0.065 = 0.65 \text{ г}$

Масса чистого карбоната натрия $Na_2CO_3$:

$m(Na_2CO_3) = m_{р-ра}(Na_2CO_3) \cdot \omega(Na_2CO_3) = 15 \text{ г} \cdot 0.04 = 0.60 \text{ г}$

3. Рассчитаем молярные массы реагентов.

$M(HNO_3) = 1 \cdot 1 + 1 \cdot 14 + 3 \cdot 16 = 63 \text{ г/моль}$

$M(Na_2CO_3) = 2 \cdot 23 + 1 \cdot 12 + 3 \cdot 16 = 46 + 12 + 48 = 106 \text{ г/моль}$

4. Найдем количество вещества (число молей) каждого реагента.

$\nu(HNO_3) = \frac{m(HNO_3)}{M(HNO_3)} = \frac{0.65 \text{ г}}{63 \text{ г/моль}} \approx 0.010317 \text{ моль}$

$\nu(Na_2CO_3) = \frac{m(Na_2CO_3)}{M(Na_2CO_3)} = \frac{0.60 \text{ г}}{106 \text{ г/моль}} \approx 0.005660 \text{ моль}$

5. Определим, какой из реагентов является лимитирующим (находится в недостатке), чтобы рассчитать количество продуктов реакции.

По уравнению реакции, на 2 моль $HNO_3$ требуется 1 моль $Na_2CO_3$. Проверим, соблюдается ли это соотношение. Необходимое количество молей $HNO_3$ для реакции со всем имеющимся $Na_2CO_3$:

$\nu_{необх}(HNO_3) = 2 \cdot \nu(Na_2CO_3) = 2 \cdot 0.005660 \text{ моль} = 0.01132 \text{ моль}$

Поскольку у нас есть только $0.010317 \text{ моль} \ HNO_3$, а требуется $0.01132 \text{ моль}$, азотная кислота находится в недостатке и является лимитирующим реагентом. Дальнейшие расчеты проводятся по количеству $HNO_3$.

6. Рассчитаем количество вещества $CO_2$, которое выделится в ходе реакции.

Согласно стехиометрии реакции, из 2 моль $HNO_3$ образуется 1 моль $CO_2$. Таким образом, количество вещества $CO_2$ будет в два раза меньше, чем количество вещества вступившей в реакцию $HNO_3$:

$\nu(CO_2) = \frac{\nu(HNO_3)}{2} = \frac{0.010317 \text{ моль}}{2} \approx 0.005159 \text{ моль}$

7. Вычислим объем выделившегося углекислого газа при нормальных условиях (н. у.).

Объем газа равен произведению количества вещества на молярный объем ($V_m = 22.4 \text{ л/моль}$ при н. у.).

$V(CO_2) = \nu(CO_2) \cdot V_m = 0.005159 \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ л/моль} \approx 0.11556 \text{ л}$

Округлим полученное значение до трёх значащих цифр.

$V(CO_2) \approx 0.116 \text{ л}$ (или $116 \text{ мл}$)

Ответ: $0.116 \text{ л}$.