Номер 15, страница 301 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 42. Оксид серы(VI). Серная кислота и её соли - номер 15, страница 301.

Условие.

15. Навеску смеси сульфата натрия, нитрата натрия и карбоната натрия массой $50 \text{ г}$ растворили в воде и обработали избытком раствора нитрата бария. В результате реакции образовался осадок массой $66.3 \text{ г}$. Если такое же количество смеси обработать избытком соляной кислоты, выделится газ объёмом $2.24 \text{ л}$ (н. у.). Вычислите массовую долю сульфата натрия в исходной смеси.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(\text{смеси}) = 50$ г

$m(\text{осадка}) = 66,3$ г

$V(\text{газа}) = 2,24$ л (н. у.)

Смесь: $Na_2SO_4$, $NaNO_3$, $Na_2CO_3$

Найти:

$\omega(Na_2SO_4)$ - ?

Решение:

1. При обработке исходной смеси избытком соляной кислоты ($HCl$) реакция идет только с карбонатом натрия ($Na_2CO_3$), так как сульфат натрия и нитрат натрия являются солями сильных кислот. В результате реакции выделяется углекислый газ ($CO_2$).

Уравнение реакции:

$Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2\uparrow$

2. Найдем количество вещества выделившегося углекислого газа, используя молярный объем газов при нормальных условиях ($V_m = 22,4$ л/моль):

$n(CO_2) = \frac{V(CO_2)}{V_m} = \frac{2,24 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

3. По уравнению реакции, количество вещества карбоната натрия в смеси равно количеству вещества углекислого газа:

$n(Na_2CO_3) = n(CO_2) = 0,1 \text{ моль}$

4. При обработке исходной смеси избытком раствора нитрата бария ($Ba(NO_3)_2$) в осадок выпадают сульфат бария ($BaSO_4$) и карбонат бария ($BaCO_3$). Нитрат натрия не реагирует.

Уравнения реакций:

$Na_2SO_4 + Ba(NO_3)_2 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2NaNO_3$

$Na_2CO_3 + Ba(NO_3)_2 \rightarrow BaCO_3\downarrow + 2NaNO_3$

Общая масса осадка равна сумме масс сульфата бария и карбоната бария:

$m(\text{осадка}) = m(BaSO_4) + m(BaCO_3) = 66,3 \text{ г}$

5. Найдем массу карбоната бария ($BaCO_3$), образовавшегося в реакции. По уравнению реакции, количество вещества $BaCO_3$ равно количеству вещества $Na_2CO_3$:

$n(BaCO_3) = n(Na_2CO_3) = 0,1 \text{ моль}$

Молярная масса карбоната бария:

$M(BaCO_3) = 137 + 12 + 3 \cdot 16 = 197 \text{ г/моль}$

Масса карбоната бария:

$m(BaCO_3) = n(BaCO_3) \cdot M(BaCO_3) = 0,1 \text{ моль} \cdot 197 \text{ г/моль} = 19,7 \text{ г}$

6. Теперь можно найти массу сульфата бария ($BaSO_4$) в осадке:

$m(BaSO_4) = m(\text{осадка}) - m(BaCO_3) = 66,3 \text{ г} - 19,7 \text{ г} = 46,6 \text{ г}$

7. Найдем количество вещества сульфата бария ($BaSO_4$).

Молярная масса сульфата бария:

$M(BaSO_4) = 137 + 32 + 4 \cdot 16 = 233 \text{ г/моль}$

Количество вещества сульфата бария:

$n(BaSO_4) = \frac{m(BaSO_4)}{M(BaSO_4)} = \frac{46,6 \text{ г}}{233 \text{ г/моль}} = 0,2 \text{ моль}$

8. По уравнению реакции, количество вещества сульфата натрия ($Na_2SO_4$) в исходной смеси равно количеству вещества образовавшегося сульфата бария:

$n(Na_2SO_4) = n(BaSO_4) = 0,2 \text{ моль}$

9. Найдем массу сульфата натрия в исходной смеси.

Молярная масса сульфата натрия:

$M(Na_2SO_4) = 2 \cdot 23 + 32 + 4 \cdot 16 = 142 \text{ г/моль}$

Масса сульфата натрия:

$m(Na_2SO_4) = n(Na_2SO_4) \cdot M(Na_2SO_4) = 0,2 \text{ моль} \cdot 142 \text{ г/моль} = 28,4 \text{ г}$

10. Вычислим массовую долю ($\omega$) сульфата натрия в исходной смеси:

$\omega(Na_2SO_4) = \frac{m(Na_2SO_4)}{m(\text{смеси})} \cdot 100\% = \frac{28,4 \text{ г}}{50 \text{ г}} \cdot 100\% = 0,568 \cdot 100\% = 56,8\%$

Ответ: массовая доля сульфата натрия в исходной смеси составляет 56,8%.