Номер 11, страница 188 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 5. Химические реакции в водных растворах. Параграф 27. Неорганические и органические основания в свете теории электролитической диссоциации и протолитической теории - номер 11, страница 188.

Условие.

11. Найдите массовую долю гидроксида лития в растворе, полученном при взаимодействии 1,4 г лития и 80 мл воды.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(Li) = 1.4$ г
$V(H_2O) = 80$ мл

Перевод в систему СИ:
$m(Li) = 1.4 \times 10^{-3}$ кг
$V(H_2O) = 80 \times 10^{-6}$ м$^3$
Принимая плотность воды $\rho(H_2O) = 1000$ кг/м$^3$, масса воды:
$m(H_2O) = V(H_2O) \times \rho(H_2O) = 80 \times 10^{-6} \text{ м}^3 \times 1000 \text{ кг/м}^3 = 0.08$ кг

Найти:

$\omega(LiOH)$ - ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия лития с водой:

$2Li + 2H_2O \rightarrow 2LiOH + H_2 \uparrow$

2. Найдем количество вещества (моль) для каждого реагента.

Молярная масса лития $M(Li) \approx 7$ г/моль.

Количество вещества лития:

$n(Li) = \frac{m(Li)}{M(Li)} = \frac{1.4 \text{ г}}{7 \text{ г/моль}} = 0.2$ моль.

Примем плотность воды $\rho(H_2O) = 1$ г/мл. Тогда масса воды:

$m(H_2O) = V(H_2O) \times \rho(H_2O) = 80 \text{ мл} \times 1 \text{ г/мл} = 80$ г.

Молярная масса воды $M(H_2O) = 1 \times 2 + 16 = 18$ г/моль.

Количество вещества воды:

$n(H_2O) = \frac{m(H_2O)}{M(H_2O)} = \frac{80 \text{ г}}{18 \text{ г/моль}} \approx 4.44$ моль.

3. Определим, какое из веществ находится в недостатке. Согласно уравнению реакции, литий и вода реагируют в мольном соотношении $1:1$.

Для реакции с $0.2$ моль лития требуется $0.2$ моль воды. Поскольку у нас в наличии $4.44$ моль воды ($4.44 > 0.2$), вода находится в избытке, а литий прореагирует полностью. Дальнейшие расчеты ведем по литию.

4. Рассчитаем массу образовавшегося гидроксида лития ($LiOH$), который является растворенным веществом.

Из уравнения реакции следует, что количество вещества гидроксида лития равно количеству вещества лития: $n(LiOH) = n(Li) = 0.2$ моль.

Молярная масса гидроксида лития $M(LiOH) = 7 + 16 + 1 = 24$ г/моль.

Масса гидроксида лития:

$m(LiOH) = n(LiOH) \times M(LiOH) = 0.2 \text{ моль} \times 24 \text{ г/моль} = 4.8$ г.

5. Найдем массу конечного раствора. Масса раствора складывается из масс исходных реагентов (лития и воды) за вычетом массы продукта, покинувшего раствор (газообразного водорода).

Из уравнения реакции следует, что количество вещества водорода в два раза меньше количества вещества лития: $n(H_2) = \frac{1}{2} n(Li) = \frac{1}{2} \times 0.2 \text{ моль} = 0.1$ моль.

Молярная масса водорода $M(H_2) = 1 \times 2 = 2$ г/моль.

Масса выделившегося водорода:

$m(H_2) = n(H_2) \times M(H_2) = 0.1 \text{ моль} \times 2 \text{ г/моль} = 0.2$ г.

Масса конечного раствора:

$m_{раствора} = m(Li) + m(H_2O) - m(H_2) = 1.4 \text{ г} + 80 \text{ г} - 0.2 \text{ г} = 81.2$ г.

6. Рассчитаем массовую долю гидроксида лития в полученном растворе по формуле:

$\omega(LiOH) = \frac{m(LiOH)}{m_{раствора}} \times 100\%$

$\omega(LiOH) = \frac{4.8 \text{ г}}{81.2 \text{ г}} \times 100\% \approx 5.91\%$

Ответ: массовая доля гидроксида лития в растворе составляет $5.91\%$.