Номер 13, страница 256 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 35. Галогены - номер 13, страница 256.

Условие.

13. Газ, полученный при взаимодействии 69,6 г пиролюзита с соляной кислотой, пропустили через 300 мл 18%-ного раствора гидроксида натрия плотностью $1.2 \text{ г/см}^3$. Рассчитайте массовую долю веществ в полученном растворе.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(MnO_2) = 69,6 \text{ г}$
$V(р-ра \ NaOH) = 300 \text{ мл}$
$ω(NaOH) = 18\% = 0,18$
$ρ(р-ра \ NaOH) = 1,2 \text{ г/см}^3$

$m(MnO_2) = 0,0696 \text{ кг}$
$V(р-ра \ NaOH) = 300 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3 = 3 \cdot 10^{-4} \text{ м}^3$
$ρ(р-ра \ NaOH) = 1,2 \text{ г/см}^3 = 1200 \text{ кг/м}^3$

Найти:

$ω(веществ \ в \ конечном \ растворе) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия пиролюзита (оксида марганца(IV)) с соляной кислотой. В результате реакции выделяется газообразный хлор:

$MnO_2 + 4HCl \rightarrow MnCl_2 + Cl_2 \uparrow + 2H_2O$

2. Рассчитаем количество вещества (моль) $MnO_2$, вступившего в реакцию. Молярная масса $MnO_2$ составляет:

$M(MnO_2) = 55 + 2 \cdot 16 = 87 \text{ г/моль}$

$n(MnO_2) = \frac{m(MnO_2)}{M(MnO_2)} = \frac{69,6 \text{ г}}{87 \text{ г/моль}} = 0,8 \text{ моль}$

3. Согласно уравнению реакции, из 1 моль $MnO_2$ образуется 1 моль $Cl_2$. Следовательно, количество вещества хлора равно:

$n(Cl_2) = n(MnO_2) = 0,8 \text{ моль}$

4. Рассчитаем массу полученного хлора. Молярная масса $Cl_2$ составляет:

$M(Cl_2) = 2 \cdot 35,5 = 71 \text{ г/моль}$

$m(Cl_2) = n(Cl_2) \cdot M(Cl_2) = 0,8 \text{ моль} \cdot 71 \text{ г/моль} = 56,8 \text{ г}$

5. Далее хлор пропускают через раствор гидроксида натрия. Происходит реакция диспропорционирования (при обычных условиях):

$Cl_2 + 2NaOH \rightarrow NaCl + NaClO + H_2O$

6. Определим количество вещества $NaOH$ в исходном растворе. Сначала найдем массу раствора, а затем массу чистого $NaOH$.

$m(р-ра \ NaOH) = V(р-ра \ NaOH) \cdot ρ(р-ра \ NaOH) = 300 \text{ мл} \cdot 1,2 \text{ г/мл} = 360 \text{ г}$

$m(NaOH) = m(р-ра \ NaOH) \cdot ω(NaOH) = 360 \text{ г} \cdot 0,18 = 64,8 \text{ г}$

7. Рассчитаем количество вещества $NaOH$. Молярная масса $NaOH$ составляет:

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

$n(NaOH) = \frac{m(NaOH)}{M(NaOH)} = \frac{64,8 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} = 1,62 \text{ моль}$

8. Сравним количество вещества реагентов ($Cl_2$ и $NaOH$), чтобы определить, какой из них находится в избытке. По уравнению реакции, на 1 моль $Cl_2$ требуется 2 моль $NaOH$.

Требуемое количество $NaOH$ для реакции с 0,8 моль $Cl_2$:

$n_{треб.}(NaOH) = 2 \cdot n(Cl_2) = 2 \cdot 0,8 \text{ моль} = 1,6 \text{ моль}$

Поскольку в растворе содержится 1,62 моль $NaOH$, что больше, чем 1,6 моль, гидроксид натрия находится в избытке, а хлор является лимитирующим реагентом и прореагирует полностью.

9. Рассчитаем количество вещества и массы продуктов реакции (хлорида натрия $NaCl$ и гипохлорита натрия $NaClO$), а также массу избытка $NaOH$.

По уравнению реакции:

$n(NaCl) = n(NaClO) = n(Cl_2) = 0,8 \text{ моль}$

Массы продуктов:

$M(NaCl) = 23 + 35,5 = 58,5 \text{ г/моль}$

$m(NaCl) = 0,8 \text{ моль} \cdot 58,5 \text{ г/моль} = 46,8 \text{ г}$

$M(NaClO) = 23 + 35,5 + 16 = 74,5 \text{ г/моль}$

$m(NaClO) = 0,8 \text{ моль} \cdot 74,5 \text{ г/моль} = 59,6 \text{ г}$

Количество вещества непрореагировавшего $NaOH$:

$n_{ост.}(NaOH) = 1,62 \text{ моль} - 1,6 \text{ моль} = 0,02 \text{ моль}$

Масса оставшегося $NaOH$:

$m_{ост.}(NaOH) = 0,02 \text{ моль} \cdot 40 \text{ г/моль} = 0,8 \text{ г}$

10. Найдем массу конечного раствора. Она равна сумме массы исходного раствора $NaOH$ и массы поглощенного газа $Cl_2$.

$m(конечн. \ р-ра) = m(р-ра \ NaOH) + m(Cl_2) = 360 \text{ г} + 56,8 \text{ г} = 416,8 \text{ г}$

11. Рассчитаем массовые доли веществ в полученном растворе.

$ω(NaCl) = \frac{m(NaCl)}{m(конечн. \ р-ра)} = \frac{46,8 \text{ г}}{416,8 \text{ г}} \approx 0,1123 \text{ или } 11,23\%$

$ω(NaClO) = \frac{m(NaClO)}{m(конечн. \ р-ра)} = \frac{59,6 \text{ г}}{416,8 \text{ г}} \approx 0,1430 \text{ или } 14,30\%$

$ω_{ост.}(NaOH) = \frac{m_{ост.}(NaOH)}{m(конечн. \ р-ра)} = \frac{0,8 \text{ г}}{416,8 \text{ г}} \approx 0,0019 \text{ или } 0,19\%$

Ответ: Массовые доли веществ в полученном растворе: $ω(NaCl) = 11,23\%$; $ω(NaClO) = 14,30\%$; $ω(NaOH) = 0,19\%$.