Номер 7, страница 292 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 41. Оксид серы(IV). Сернистая кислота и её соли - номер 7, страница 292.

Условие.

7. Навеску серы массой 8,0 г сожгли в избытке кислорода. Полученный газ пропустили через 12%-ный раствор гидроксида калия массой 140 г. Вычислите массовые доли солей в растворе после реакции.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(S) = 8,0$ г

$m_{\text{р-ра}}(KOH) = 140$ г

$\omega(KOH) = 12\%$

В системе СИ:

$m(S) = 0,008$ кг

$m_{\text{р-ра}}(KOH) = 0,140$ кг

$\omega(KOH) = 0,12$

Найти:

$\omega_{\text{конечн.}}(солей)$ - ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции горения серы в кислороде. В результате образуется оксид серы(IV) (сернистый газ):

$S + O_2 \rightarrow SO_2$

2. Найдем количество вещества (моль) серы, вступившей в реакцию. Молярная масса серы $M(S) = 32$ г/моль.

$n(S) = \frac{m(S)}{M(S)} = \frac{8,0 \text{ г}}{32 \text{ г/моль}} = 0,25$ моль.

3. По уравнению реакции, количество вещества образовавшегося оксида серы(IV) равно количеству вещества серы:

$n(SO_2) = n(S) = 0,25$ моль.

4. Вычислим массу чистого гидроксида калия в исходном растворе. Массовая доля $12\%$ равна $0,12$.

$m(KOH) = m_{\text{р-ра}}(KOH) \cdot \omega(KOH) = 140 \text{ г} \cdot 0,12 = 16,8$ г.

5. Найдем количество вещества гидроксида калия. Молярная масса $M(KOH) = 39 + 16 + 1 = 56$ г/моль.

$n(KOH) = \frac{m(KOH)}{M(KOH)} = \frac{16,8 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} = 0,3$ моль.

6. При реакции кислотного оксида ($SO_2$) со щелочью ($KOH$) возможно образование средней соли (сульфита калия, $K_2SO_3$) или кислой соли (гидросульфита калия, $KHSO_3$), в зависимости от мольного соотношения реагентов.

Уравнения реакций:

$SO_2 + 2KOH \rightarrow K_2SO_3 + H_2O$ (образование средней соли)

$SO_2 + KOH \rightarrow KHSO_3$ (образование кислой соли)

Найдем соотношение количеств веществ реагентов:

$\frac{n(KOH)}{n(SO_2)} = \frac{0,3 \text{ моль}}{0,25 \text{ моль}} = 1,2$

Поскольку соотношение $1 < 1,2 < 2$, в реакционной смеси будет недостаток щелочи для полного образования средней соли и избыток по сравнению с реакцией образования кислой соли. Это означает, что в результате реакции образуется смесь двух солей: сульфита калия ($K_2SO_3$) и гидросульфита калия ($KHSO_3$).

7. Рассчитаем количества веществ образовавшихся солей. Пусть $\text{x}$ моль $SO_2$ прореагировало с образованием $K_2SO_3$, а $\text{y}$ моль $SO_2$ — с образованием $KHSO_3$. Тогда:

Количество $KOH$, пошедшее на образование $K_2SO_3$, равно $\text{2x}$ моль.

Количество $KOH$, пошедшее на образование $KHSO_3$, равно $\text{y}$ моль.

Составим систему уравнений:

$\begin{cases} x + y = n(SO_2) = 0,25 \\ 2x + y = n(KOH) = 0,3 \end{cases}$

Вычтем первое уравнение из второго:

$(2x + y) - (x + y) = 0,3 - 0,25$

$x = 0,05$ моль.

Подставим $\text{x}$ в первое уравнение:

$0,05 + y = 0,25 \implies y = 0,2$ моль.

Таким образом, в результате реакции образовалось:

$n(K_2SO_3) = x = 0,05$ моль

$n(KHSO_3) = y = 0,2$ моль

8. Найдем массы образовавшихся солей:

$M(K_2SO_3) = 2 \cdot 39 + 32 + 3 \cdot 16 = 158$ г/моль.

$m(K_2SO_3) = n(K_2SO_3) \cdot M(K_2SO_3) = 0,05 \text{ моль} \cdot 158 \text{ г/моль} = 7,9$ г.

$M(KHSO_3) = 39 + 1 + 32 + 3 \cdot 16 = 120$ г/моль.

$m(KHSO_3) = n(KHSO_3) \cdot M(KHSO_3) = 0,2 \text{ моль} \cdot 120 \text{ г/моль} = 24,0$ г.

9. Вычислим массу конечного раствора. Она складывается из массы исходного раствора гидроксида калия и массы поглощенного сернистого газа.

$M(SO_2) = 32 + 2 \cdot 16 = 64$ г/моль.

$m(SO_2) = n(SO_2) \cdot M(SO_2) = 0,25 \text{ моль} \cdot 64 \text{ г/моль} = 16,0$ г.

$m_{\text{конечн. р-ра}} = m_{\text{р-ра}}(KOH) + m(SO_2) = 140 \text{ г} + 16,0 \text{ г} = 156,0$ г.

10. Вычислим массовые доли солей в конечном растворе:

$\omega(K_2SO_3) = \frac{m(K_2SO_3)}{m_{\text{конечн. р-ра}}} = \frac{7,9 \text{ г}}{156,0 \text{ г}} \approx 0,05064$

$\omega(KHSO_3) = \frac{m(KHSO_3)}{m_{\text{конечн. р-ра}}} = \frac{24,0 \text{ г}}{156,0 \text{ г}} \approx 0,15385$

Переведем в проценты:

$\omega(K_2SO_3) \approx 5,06\%$

$\omega(KHSO_3) \approx 15,38\%$

Ответ: массовая доля сульфита калия ($K_2SO_3$) в растворе после реакции составляет $5,06\%$, массовая доля гидросульфита калия ($KHSO_3$) – $15,38\%$.