Номер 6, страница 146 - гдз по химии 11 класс учебник Кузнецова, Левкин

Вопросы и задания. Параграф 20. Металлы ІА-ІIIА-групп. Глава 5. Металлы и неметаллы - номер 6, страница 146.

Условие.

6. Навеску натрия массой 2,3 г поместили в химический стакан, в котором содержится вода массой 100 г. Вычислите массу образовавшегося гидроксида натрия и его массовую долю в полученном растворе.

Решение.

Решение 2.

Дано:

Масса натрия $m(\text{Na}) = 2,3 \text{ г}$

Масса воды $m(\text{H}_2\text{O}) = 100 \text{ г}$

Перевод в систему СИ:

$m(\text{Na}) = 2,3 \text{ г} = 0,0023 \text{ кг}$

$m(\text{H}_2\text{O}) = 100 \text{ г} = 0,1 \text{ кг}$

(Для удобства химических расчетов далее используются граммы)

Найти:

$m(\text{NaOH}) - ?$

$\omega(\text{NaOH}) - ?$

Решение:

1. Сначала запишем уравнение химической реакции взаимодействия металлического натрия с водой. В результате реакции образуется гидроксид натрия и выделяется газообразный водород.

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

2. Рассчитаем количество вещества (число молей) для каждого из реагентов, чтобы определить, который из них находится в недостатке. Молярные массы: $M(\text{Na}) = 23 \text{ г/моль}$, $M(\text{H}_2\text{O}) = 18 \text{ г/моль}$.

Количество вещества натрия:

$\nu(\text{Na}) = \frac{m(\text{Na})}{M(\text{Na})} = \frac{2,3 \text{ г}}{23 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

Количество вещества воды:

$\nu(\text{H}_2\text{O}) = \frac{m(\text{H}_2\text{O})}{M(\text{H}_2\text{O})} = \frac{100 \text{ г}}{18 \text{ г/моль}} \approx 5,56 \text{ моль}$

Согласно уравнению реакции, натрий и вода реагируют в мольном соотношении $2:2$ или $1:1$. Так как у нас есть $0,1 \text{ моль}$ натрия и $5,56 \text{ моль}$ воды, очевидно, что вода находится в избытке, а натрий прореагирует полностью. Следовательно, все дальнейшие расчеты будем вести по натрию (лимитирующему реагенту).

3. По уравнению реакции определим количество вещества образовавшегося гидроксида натрия ($\text{NaOH}$). Соотношение $\nu(\text{Na}) : \nu(\text{NaOH})$ составляет $2:2$ или $1:1$.

$\nu(\text{NaOH}) = \nu(\text{Na}) = 0,1 \text{ моль}$

4. Теперь можно вычислить массу образовавшегося гидроксида натрия. Молярная масса $\text{NaOH}$: $M(\text{NaOH}) = 23 + 16 + 1 = 40 \text{ г/моль}$.

$m(\text{NaOH}) = \nu(\text{NaOH}) \cdot M(\text{NaOH}) = 0,1 \text{ моль} \cdot 40 \text{ г/моль} = 4,0 \text{ г}$

5. Для расчета массовой доли гидроксида натрия в конечном растворе необходимо найти массу самого раствора. Масса раствора равна сумме масс исходных компонентов (натрия и воды) минус масса выделившегося газа (водорода).

$m(\text{раствора}) = m(\text{Na}) + m(\text{H}_2\text{O}) - m(\text{H}_2)$

Найдем массу выделившегося водорода. Из уравнения реакции соотношение $\nu(\text{Na}) : \nu(\text{H}_2)$ равно $2:1$.

$\nu(\text{H}_2) = \frac{1}{2}\nu(\text{Na}) = \frac{1}{2} \cdot 0,1 \text{ моль} = 0,05 \text{ моль}$

Молярная масса водорода $M(\text{H}_2) = 2 \text{ г/моль}$.

$m(\text{H}_2) = \nu(\text{H}_2) \cdot M(\text{H}_2) = 0,05 \text{ моль} \cdot 2 \text{ г/моль} = 0,1 \text{ г}$

Теперь рассчитаем массу конечного раствора:

$m(\text{раствора}) = 2,3 \text{ г} + 100 \text{ г} - 0,1 \text{ г} = 102,2 \text{ г}$

6. Наконец, вычисляем массовую долю $\text{NaOH}$ в растворе по формуле:

$\omega(\text{NaOH}) = \frac{m(\text{NaOH})}{m(\text{раствора})} \cdot 100\%$

$\omega(\text{NaOH}) = \frac{4,0 \text{ г}}{102,2 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 3,91\%$

Ответ: масса образовавшегося гидроксида натрия составляет 4,0 г, его массовая доля в полученном растворе равна 3,91%.