Номер 14, страница 366 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 8. Металлы. Параграф 50. Щелочные металлы - номер 14, страница 366.

Условие.

14. К 82 мл 20%-ного раствора гидроксида натрия (плотность 1,22 г/мл) добавили 116 мл 25%-ной серной кислоты (плотность 1,18 г/мл). Найдите массовые доли солей в образовавшемся растворе. Промежуточные результаты округляйте до двух знаков после запятой.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$V(р-ра \text{ } NaOH) = 82$ мл
$\omega(NaOH) = 20\% = 0,20$
$\rho(р-ра \text{ } NaOH) = 1,22$ г/мл
$V(р-ра \text{ } H_{2}SO_{4}) = 116$ мл
$\omega(H_{2}SO_{4}) = 25\% = 0,25$
$\rho(р-ра \text{ } H_{2}SO_{4}) = 1,18$ г/мл

Перевод данных в систему СИ:
$V(р-ра \text{ } NaOH) = 82 \text{ мл} = 82 \cdot 10^{-6} \text{ м³}$
$\rho(р-ра \text{ } NaOH) = 1,22 \text{ г/мл} = 1220 \text{ кг/м³}$
$V(р-ра \text{ } H_{2}SO_{4}) = 116 \text{ мл} = 116 \cdot 10^{-6} \text{ м³}$
$\rho(р-ра \text{ } H_{2}SO_{4}) = 1,18 \text{ г/мл} = 1180 \text{ кг/м³}$

Найти:

$\omega(Na_{2}SO_{4}) - ?$
$\omega(NaHSO_{4}) - ?$

Решение:

1. Найдем массы исходных растворов, используя формулу $m = V \cdot \rho$.

$m(р-ра \text{ } NaOH) = 82 \text{ мл} \cdot 1,22 \text{ г/мл} = 100,04 \text{ г}$

$m(р-ра \text{ } H_{2}SO_{4}) = 116 \text{ мл} \cdot 1,18 \text{ г/мл} = 136,88 \text{ г}$

2. Найдем массы растворенных веществ (гидроксида натрия и серной кислоты), используя формулу $m_{вещества} = m_{раствора} \cdot \omega$.

$m(NaOH) = 100,04 \text{ г} \cdot 0,20 = 20,01 \text{ г}$

$m(H_{2}SO_{4}) = 136,88 \text{ г} \cdot 0,25 = 34,22 \text{ г}$

3. Рассчитаем количество вещества (в молях) для каждого реагента по формуле $n = m/M$.

Молярная масса гидроксида натрия: $M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40$ г/моль.

Молярная масса серной кислоты: $M(H_{2}SO_{4}) = 2 \cdot 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 98$ г/моль.

$n(NaOH) = \frac{20,01 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} = 0,50 \text{ моль}$

$n(H_{2}SO_{4}) = \frac{34,22 \text{ г}}{98 \text{ г/моль}} = 0,35 \text{ моль}$

4. Определим, какие соли образуются в результате реакции. Реакция нейтрализации между сильным основанием и двухосновной кислотой может приводить к образованию средней или кислой соли в зависимости от мольного соотношения реагентов.

Реакция с образованием средней соли: $2NaOH + H_{2}SO_{4} \rightarrow Na_{2}SO_{4} + 2H_{2}O$. Требуемое соотношение $n(NaOH) : n(H_{2}SO_{4}) = 2:1$.

Реакция с образованием кислой соли: $NaOH + H_{2}SO_{4} \rightarrow NaHSO_{4} + H_{2}O$. Требуемое соотношение $n(NaOH) : n(H_{2}SO_{4}) = 1:1$.

В нашем случае фактическое соотношение реагентов составляет: $\frac{n(NaOH)}{n(H_{2}SO_{4})} = \frac{0,50 \text{ моль}}{0,35 \text{ моль}} \approx 1,43$.

Поскольку соотношение $1 < 1,43 < 2$, это означает, что в реакционной смеси образуются обе соли: средняя (сульфат натрия, $Na_{2}SO_{4}$) и кислая (гидросульфат натрия, $NaHSO_{4}$).

5. Рассчитаем количество вещества каждой образовавшейся соли. Пусть $\text{x}$ моль $H_{2}SO_{4}$ вступило в реакцию с образованием $Na_{2}SO_{4}$, а $\text{y}$ моль $H_{2}SO_{4}$ — с образованием $NaHSO_{4}$. Составим систему уравнений на основе расхода реагентов:

По расходу $H_{2}SO_{4}$: $x + y = 0,35$

По расходу $NaOH$: $2x + y = 0,50$

Вычтем первое уравнение из второго: $(2x + y) - (x + y) = 0,50 - 0,35$, откуда $x = 0,15$ моль.

Подставим значение $\text{x}$ в первое уравнение: $0,15 + y = 0,35$, откуда $y = 0,20$ моль.

Таким образом, в результате реакции образовалось $n(Na_{2}SO_{4}) = x = 0,15$ моль и $n(NaHSO_{4}) = y = 0,20$ моль.

6. Найдем массы образовавшихся солей.

Молярная масса сульфата натрия: $M(Na_{2}SO_{4}) = 2 \cdot 23 + 32 + 4 \cdot 16 = 142$ г/моль.

Молярная масса гидросульфата натрия: $M(NaHSO_{4}) = 23 + 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 120$ г/моль.

$m(Na_{2}SO_{4}) = 0,15 \text{ моль} \cdot 142 \text{ г/моль} = 21,30 \text{ г}$

$m(NaHSO_{4}) = 0,20 \text{ моль} \cdot 120 \text{ г/моль} = 24,00 \text{ г}$

7. Найдем массу конечного раствора. Она равна сумме масс исходных растворов.

$m(конечн. \text{ } р-ра) = m(р-ра \text{ } NaOH) + m(р-ра \text{ } H_{2}SO_{4}) = 100,04 \text{ г} + 136,88 \text{ г} = 236,92 \text{ г}$

8. Рассчитаем массовые доли солей в полученном растворе по формуле $\omega = \frac{m_{вещества}}{m_{раствора}} \cdot 100\%$.

$\omega(Na_{2}SO_{4}) = \frac{21,30 \text{ г}}{236,92 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 8,99\%$

$\omega(NaHSO_{4}) = \frac{24,00 \text{ г}}{236,92 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 10,13\%$

Ответ: массовая доля сульфата натрия ($Na_{2}SO_{4}$) в образовавшемся растворе составляет 8,99%; массовая доля гидросульфата натрия ($NaHSO_{4}$) — 10,13%.