Номер 12, страница 382 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 8. Металлы. Параграф 52. Бериллий, магний и щелочноземельные металлы - номер 12, страница 382.

Условие.

12. Смесь карбонатов магния и бария прокалили до постоянной массы, затем обработали избытком воды. Нерастворившийся осадок отделили и взвесили, его масса составила 8,0 г. На нейтрализацию образовавшегося раствора затратили 31,5 г 30%-ного раствора азотной кислоты. Вычислите массовую долю карбоната магния в исходной смеси.

Решение.

Решение 2.

Дано:

Смесь $MgCO_3$ и $BaCO_3$
$m(\text{нерастворившегося осадка}) = 8,0 \text{ г}$
$m(\text{р-ра } HNO_3) = 31,5 \text{ г}$
$\omega(HNO_3) = 30\%$

Перевод в СИ:
$m(\text{нерастворившегося осадка}) = 8,0 \cdot 10^{-3} \text{ кг}$
$m(\text{р-ра } HNO_3) = 31,5 \cdot 10^{-3} \text{ кг}$
$\omega(HNO_3) = 0,30$

Найти:

$\omega(MgCO_3)$ в исходной смеси - ?

Решение:

1. При прокаливании смеси карбонатов магния и бария до постоянной массы происходят реакции термического разложения:

$MgCO_3 \xrightarrow{t^\circ} MgO + CO_2\uparrow$ (1)

$BaCO_3 \xrightarrow{t^\circ} BaO + CO_2\uparrow$ (2)

2. Полученную смесь оксидов магния ($MgO$) и бария ($BaO$) обработали избытком воды. Оксид бария, как оксид щелочноземельного металла, реагирует с водой с образованием растворимого основания — гидроксида бария ($Ba(OH)_2$). Оксид магния практически нерастворим в воде, поэтому он составляет нерастворившийся осадок.

$BaO + H_2O \rightarrow Ba(OH)_2$ (3)

Следовательно, масса нерастворившегося осадка — это масса оксида магния:

$m(MgO) = 8,0 \text{ г}$

3. Раствор, образовавшийся после добавления воды, содержит гидроксид бария. На его нейтрализацию затратили раствор азотной кислоты ($HNO_3$):

$Ba(OH)_2 + 2HNO_3 \rightarrow Ba(NO_3)_2 + 2H_2O$ (4)

4. Вычислим массу чистого вещества и количество вещества азотной кислоты, вступившей в реакцию:

$m(HNO_3) = m(\text{р-ра } HNO_3) \cdot \omega(HNO_3) = 31,5 \text{ г} \cdot 0,30 = 9,45 \text{ г}$

Молярная масса азотной кислоты $M(HNO_3) = 1 + 14 + 3 \cdot 16 = 63 \text{ г/моль}$.

Количество вещества $HNO_3$:

$n(HNO_3) = \frac{m(HNO_3)}{M(HNO_3)} = \frac{9,45 \text{ г}}{63 \text{ г/моль}} = 0,15 \text{ моль}$

5. По уравнению реакции нейтрализации (4) найдем количество вещества гидроксида бария. Соотношение $n(Ba(OH)_2) : n(HNO_3) = 1:2$.

$n(Ba(OH)_2) = \frac{1}{2} n(HNO_3) = \frac{1}{2} \cdot 0,15 \text{ моль} = 0,075 \text{ моль}$

6. Исходя из уравнений реакций (2) и (3), количество вещества исходного карбоната бария равно количеству вещества образовавшегося гидроксида бария:

$n(BaCO_3) = n(BaO) = n(Ba(OH)_2) = 0,075 \text{ моль}$

7. Найдем массу карбоната бария в исходной смеси. Молярная масса $M(BaCO_3) = 137 + 12 + 3 \cdot 16 = 197 \text{ г/моль}$.

$m(BaCO_3) = n(BaCO_3) \cdot M(BaCO_3) = 0,075 \text{ моль} \cdot 197 \text{ г/моль} = 14,775 \text{ г}$

8. Найдем количество вещества оксида магния. Молярная масса $M(MgO) = 24 + 16 = 40 \text{ г/моль}$.

$n(MgO) = \frac{m(MgO)}{M(MgO)} = \frac{8,0 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} = 0,2 \text{ моль}$

9. По уравнению реакции (1) количество вещества исходного карбоната магния равно количеству вещества образовавшегося оксида магния:

$n(MgCO_3) = n(MgO) = 0,2 \text{ моль}$

10. Найдем массу карбоната магния в исходной смеси. Молярная масса $M(MgCO_3) = 24 + 12 + 3 \cdot 16 = 84 \text{ г/моль}$.

$m(MgCO_3) = n(MgCO_3) \cdot M(MgCO_3) = 0,2 \text{ моль} \cdot 84 \text{ г/моль} = 16,8 \text{ г}$

11. Вычислим общую массу исходной смеси карбонатов:

$m(\text{смеси}) = m(MgCO_3) + m(BaCO_3) = 16,8 \text{ г} + 14,775 \text{ г} = 31,575 \text{ г}$

12. Вычислим массовую долю карбоната магния в исходной смеси:

$\omega(MgCO_3) = \frac{m(MgCO_3)}{m(\text{смеси})} \cdot 100\% = \frac{16,8 \text{ г}}{31,575 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 53,21\%$

Ответ: массовая доля карбоната магния в исходной смеси составляет 53,21%.