Номер 9, страница 268 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 37. Кислородные соединения хлора - номер 9, страница 268.

Условие.

9. Хлор, полученный в результате электролиза 468 г 10%-ного раствора хлорида натрия, прореагировал с 14%-ным горячим раствором гидроксида калия. Считая, что хлор и гидроксид калия находятся в стехиометрическом соотношении, рассчитайте массовую долю хлората калия в полученном растворе.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m_{р-ра}(NaCl) = 468 \text{ г}$

$\omega(NaCl) = 10\% = 0.1$

$\omega(KOH) = 14\% = 0.14$

Реакция $Cl_2$ и $KOH$ протекает в стехиометрическом соотношении.

Найти:

$\omega(KClO_3)$ в конечном растворе - ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции электролиза водного раствора хлорида натрия:

$2NaCl + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2NaOH + H_2\uparrow + Cl_2\uparrow$

2. Рассчитаем массу и количество вещества хлорида натрия в исходном растворе.

Масса $NaCl$:

$m(NaCl) = m_{р-ра}(NaCl) \times \omega(NaCl) = 468 \text{ г} \times 0.1 = 46.8 \text{ г}$

Молярная масса $NaCl$:

$M(NaCl) = 23 + 35.5 = 58.5 \text{ г/моль}$

Количество вещества $NaCl$:

$n(NaCl) = \frac{m(NaCl)}{M(NaCl)} = \frac{46.8 \text{ г}}{58.5 \text{ г/моль}} = 0.8 \text{ моль}$

3. По уравнению реакции электролиза найдем количество вещества хлора ($Cl_2$), который выделился на аноде.

Согласно стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции:

$n(Cl_2) = \frac{1}{2} n(NaCl) = \frac{1}{2} \times 0.8 \text{ моль} = 0.4 \text{ моль}$

4. Запишем уравнение реакции взаимодействия хлора с горячим раствором гидроксида калия:

$3Cl_2 + 6KOH \xrightarrow{t} 5KCl + KClO_3 + 3H_2O$

5. Рассчитаем массу хлората калия ($KClO_3$), образовавшегося в результате реакции. По уравнению реакции, из 3 моль $Cl_2$ образуется 1 моль $KClO_3$.

$n(KClO_3) = \frac{1}{3} n(Cl_2) = \frac{1}{3} \times 0.4 \text{ моль} = \frac{0.4}{3} \text{ моль}$

Молярная масса $KClO_3$:

$M(KClO_3) = 39 + 35.5 + 3 \times 16 = 122.5 \text{ г/моль}$

Масса $KClO_3$:

$m(KClO_3) = n(KClO_3) \times M(KClO_3) = \frac{0.4}{3} \text{ моль} \times 122.5 \text{ г/моль} = \frac{49}{3} \text{ г} \approx 16.33 \text{ г}$

6. Для расчета массовой доли $KClO_3$ необходимо найти массу конечного раствора. Конечный раствор состоит из исходного раствора гидроксида калия и вступившего в реакцию хлора.

Сначала найдем массу исходного раствора $KOH$. По условию, реагенты находятся в стехиометрическом соотношении. Найдем количество и массу $KOH$, необходимого для реакции с 0.4 моль $Cl_2$.

$n(KOH) = 2 \times n(Cl_2) = 2 \times 0.4 \text{ моль} = 0.8 \text{ моль}$

Молярная масса $KOH$:

$M(KOH) = 39 + 16 + 1 = 56 \text{ г/моль}$

Масса чистого $KOH$:

$m(KOH) = n(KOH) \times M(KOH) = 0.8 \text{ моль} \times 56 \text{ г/моль} = 44.8 \text{ г}$

Масса раствора $KOH$ с концентрацией 14%:

$m_{р-ра}(KOH) = \frac{m(KOH)}{\omega(KOH)} = \frac{44.8 \text{ г}}{0.14} = 320 \text{ г}$

Теперь найдем массу прореагировавшего хлора.

Молярная масса $Cl_2$:

$M(Cl_2) = 2 \times 35.5 = 71 \text{ г/моль}$

$m(Cl_2) = n(Cl_2) \times M(Cl_2) = 0.4 \text{ моль} \times 71 \text{ г/моль} = 28.4 \text{ г}$

Масса конечного раствора равна сумме масс исходного раствора $KOH$ и газообразного хлора:

$m_{конечн. р-ра} = m_{р-ра}(KOH) + m(Cl_2) = 320 \text{ г} + 28.4 \text{ г} = 348.4 \text{ г}$

7. Наконец, рассчитаем массовую долю хлората калия в полученном растворе.

$\omega(KClO_3) = \frac{m(KClO_3)}{m_{конечн. р-ра}} \times 100\% = \frac{49/3 \text{ г}}{348.4 \text{ г}} \times 100\% = \frac{49}{3 \times 348.4} \times 100\% = \frac{49}{1045.2} \times 100\% \approx 0.04688 \times 100\% \approx 4.69\%$

Ответ: Массовая доля хлората калия в полученном растворе составляет 4.69%.