Номер 11, страница 354 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 49. Кремний и его соединения - номер 11, страница 354.

Условие.

11. Над раскалённой смесью древесного угля и диоксида кремния пропустили избыток кислорода. При этом образовался оксид углерода(IV) массой 30,8 г. Уголь вступил в реакцию полностью. Какой объём 12%-ного раствора гидроксида натрия $(\rho = 1,13 \text{ г/мл})$ потребуется, чтобы в исходной смеси перевести диоксид кремния в силикат, если известно, что массовая доля угля в смеси составляет 70 %?

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(\text{CO}_2) = 30.8 \text{ г} = 0.0308 \text{ кг}$

$\omega(\text{C}) = 70 \% = 0.7$

$\omega(\text{NaOH}) = 12 \% = 0.12$

$\rho(\text{р-ра NaOH}) = 1.13 \text{ г/мл} = 1130 \text{ кг/м}^3$

Найти:

$V(\text{р-ра NaOH})$ - ?

Решение:

1. При пропускании избытка кислорода над раскалённой смесью древесного угля (который является углеродом C) и диоксида кремния ($\text{SiO}_2$), в реакцию сгорания вступает только уголь. Диоксид кремния с кислородом не реагирует. Уравнение реакции горения угля:

$\text{C} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2$

2. По условию задачи, в результате реакции образовалось 30,8 г оксида углерода(IV) ($\text{CO}_2$). Найдём количество вещества $\text{CO}_2$:

Молярная масса $\text{CO}_2$: $M(\text{CO}_2) = 12 + 2 \cdot 16 = 44 \text{ г/моль}$.

Количество вещества $\text{CO}_2$: $n(\text{CO}_2) = \frac{m(\text{CO}_2)}{M(\text{CO}_2)} = \frac{30.8 \text{ г}}{44 \text{ г/моль}} = 0.7 \text{ моль}$.

3. Согласно уравнению реакции, количество вещества углерода, вступившего в реакцию, равно количеству вещества образовавшегося диоксида углерода (соотношение 1:1):

$n(\text{C}) = n(\text{CO}_2) = 0.7 \text{ моль}$.

4. Найдём массу углерода в исходной смеси. Молярная масса углерода $M(\text{C}) = 12 \text{ г/моль}$.

$m(\text{C}) = n(\text{C}) \cdot M(\text{C}) = 0.7 \text{ моль} \cdot 12 \text{ г/моль} = 8.4 \text{ г}$.

5. Известно, что массовая доля угля в исходной смеси составляла 70%. Используя это, найдём общую массу смеси:

$m(\text{смеси}) = \frac{m(\text{C})}{\omega(\text{C})} = \frac{8.4 \text{ г}}{0.70} = 12 \text{ г}$.

6. Теперь можно найти массу диоксида кремния $\text{SiO}_2$ в исходной смеси, так как смесь состояла только из угля и диоксида кремния:

$m(\text{SiO}_2) = m(\text{смеси}) - m(\text{C}) = 12 \text{ г} - 8.4 \text{ г} = 3.6 \text{ г}$.

7. Далее по условию необходимо перевести диоксид кремния в силикат с помощью раствора гидроксида натрия ($\text{NaOH}$). Диоксид кремния (кислотный оксид) реагирует с гидроксидом натрия (щёлочь) с образованием силиката натрия ($\text{Na}_2\text{SiO}_3$):

$\text{SiO}_2 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Na}_2\text{SiO}_3 + \text{H}_2\text{O}$

8. Найдём количество вещества диоксида кремния, вступившего в реакцию:

Молярная масса $\text{SiO}_2$: $M(\text{SiO}_2) = 28 + 2 \cdot 16 = 60 \text{ г/моль}$.

$n(\text{SiO}_2) = \frac{m(\text{SiO}_2)}{M(\text{SiO}_2)} = \frac{3.6 \text{ г}}{60 \text{ г/моль}} = 0.06 \text{ моль}$.

9. По уравнению реакции, для полного взаимодействия с $\text{SiO}_2$ требуется вдвое большее количество вещества $\text{NaOH}$ (соотношение 1:2):

$n(\text{NaOH}) = 2 \cdot n(\text{SiO}_2) = 2 \cdot 0.06 \text{ моль} = 0.12 \text{ моль}$.

10. Вычислим массу чистого гидроксида натрия, необходимую для реакции:

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

$m(\text{NaOH}) = n(\text{NaOH}) \cdot M(\text{NaOH}) = 0.12 \text{ моль} \cdot 40 \text{ г/моль} = 4.8 \text{ г}$.

11. Найдём массу 12%-ного раствора гидроксида натрия, в котором содержится 4.8 г чистого $\text{NaOH}$:

$m(\text{р-ра NaOH}) = \frac{m(\text{NaOH})}{\omega(\text{NaOH})} = \frac{4.8 \text{ г}}{0.12} = 40 \text{ г}$.

12. Наконец, зная массу и плотность раствора, вычислим его объём:

$V(\text{р-ра NaOH}) = \frac{m(\text{р-ра NaOH})}{\rho(\text{р-ра NaOH})} = \frac{40 \text{ г}}{1.13 \text{ г/мл}} \approx 35.4 \text{ мл}$.

Ответ: потребуется 35,4 мл 12%-ного раствора гидроксида натрия.