Номер 9, страница 381 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 8. Металлы. Параграф 52. Бериллий, магний и щелочноземельные металлы - номер 9, страница 381.

Условие.

9. Металлический барий массой 2,74 г сожгли на воздухе. Образовавшуюся смесь оксида и пероксида бария растворили в воде. К полученному раствору в качестве катализатора добавили порошок оксида марганца(IV). При этом выделилось 168 мл бесцветного газа (н. у.). Рассчитайте массовую долю оксида бария в полученной после сжигания смеси.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(\text{Ba}) = 2,74 \text{ г}$

$V(\text{газа}) = 168 \text{ мл}$ (н. у.)

$V(\text{газа}) = 168 \text{ мл} = 0,168 \text{ л}$

Найти:

$\omega(\text{BaO})$ в смеси - ?

Решение:

При сжигании металлического бария на воздухе образуется смесь оксида бария (BaO) и пероксида бария (BaO₂). Запишем уравнения протекающих реакций:

1. Сжигание бария:

$2\text{Ba} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{BaO}$

$\text{Ba} + \text{O}_2 \rightarrow \text{BaO}_2$

2. Растворение образовавшейся смеси в воде:

$\text{BaO} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Ba(OH)}_2$

$\text{BaO}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Ba(OH)}_2 + \text{H}_2\text{O}_2$

3. При добавлении катализатора оксида марганца(IV) происходит разложение образовавшегося пероксида водорода с выделением бесцветного газа - кислорода:

$2\text{H}_2\text{O}_2 \xrightarrow{\text{MnO}_2} 2\text{H}_2\text{O} + \text{O}_2 \uparrow$

Найдем общее количество вещества исходного бария. Молярная масса бария $M(\text{Ba}) = 137 \text{ г/моль}$.

$n(\text{Ba}) = \frac{m(\text{Ba})}{M(\text{Ba})} = \frac{2,74 \text{ г}}{137 \text{ г/моль}} = 0,02 \text{ моль}$

Найдем количество вещества выделившегося кислорода. Молярный объем газа при нормальных условиях $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$.

$n(\text{O}_2) = \frac{V(\text{O}_2)}{V_m} = \frac{0,168 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,0075 \text{ моль}$

По уравнению реакции разложения пероксида водорода (3) найдем количество вещества $H_2O_2$, которое разложилось:

$n(\text{H}_2\text{O}_2) = 2 \cdot n(\text{O}_2) = 2 \cdot 0,0075 \text{ моль} = 0,015 \text{ моль}$

Пероксид водорода образовался при реакции пероксида бария с водой (уравнение 2б). По уравнению реакции, количество вещества пероксида бария равно количеству вещества образовавшегося пероксида водорода:

$n(\text{BaO}_2) = n(\text{H}_2\text{O}_2) = 0,015 \text{ моль}$

Теперь мы знаем, какая часть исходного бария пошла на образование пероксида. По уравнению (1б), $n(\text{Ba})_{\text{на } \text{BaO}_2} = n(\text{BaO}_2) = 0,015 \text{ моль}$.

Найдем количество вещества бария, которое пошло на образование оксида бария:

$n(\text{Ba})_{\text{на } \text{BaO}} = n(\text{Ba})_{\text{общ}} - n(\text{Ba})_{\text{на } \text{BaO}_2} = 0,02 \text{ моль} - 0,015 \text{ моль} = 0,005 \text{ моль}$

По уравнению реакции образования оксида бария (1а), $n(\text{BaO}) = n(\text{Ba})_{\text{на } \text{BaO}} = 0,005 \text{ моль}$.

Теперь рассчитаем массы оксида и пероксида бария в смеси, полученной после сжигания.

Молярная масса оксида бария $M(\text{BaO}) = 137 + 16 = 153 \text{ г/моль}$.

$m(\text{BaO}) = n(\text{BaO}) \cdot M(\text{BaO}) = 0,005 \text{ моль} \cdot 153 \text{ г/моль} = 0,765 \text{ г}$

Молярная масса пероксида бария $M(\text{BaO}_2) = 137 + 2 \cdot 16 = 169 \text{ г/моль}$.

$m(\text{BaO}_2) = n(\text{BaO}_2) \cdot M(\text{BaO}_2) = 0,015 \text{ моль} \cdot 169 \text{ г/моль} = 2,535 \text{ г}$

Общая масса смеси оксида и пероксида:

$m(\text{смеси}) = m(\text{BaO}) + m(\text{BaO}_2) = 0,765 \text{ г} + 2,535 \text{ г} = 3,30 \text{ г}$

Наконец, рассчитаем массовую долю оксида бария в полученной смеси:

$\omega(\text{BaO}) = \frac{m(\text{BaO})}{m(\text{смеси})} = \frac{0,765 \text{ г}}{3,30 \text{ г}} \approx 0,2318$

Переведем в проценты: $0,2318 \cdot 100\% = 23,18\%$.

Ответ: Массовая доля оксида бария в полученной после сжигания смеси составляет 23,18%.