Номер 3, страница 168, часть 1 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

3. Углекислый газ, образовавшийся при сжигании 15 г угля, содержащего 20% негорючих примесей, пропущен через 480 г 10%-ного раствора гидроксида натрия. Рассчитайте массовые доли образовавшихся в растворе солей.

Ответ: $NaHCO_3$ — 13,6%; $Na_2CO_3$ — 4,3%.

Дано:

масса угля, $m(угля) = 15$ г

массовая доля негорючих примесей, $w(примесей) = 20\%$

масса раствора гидроксида натрия, $m(р-ра \, NaOH) = 480$ г

массовая доля гидроксида натрия, $w(NaOH) = 10\%$

Найти:

массовую долю карбоната натрия, $w(Na_{2}CO_{3})$ - ?

массовую долю гидрокарбоната натрия, $w(NaHCO_{3})$ - ?

Решение:

1. Определим массу чистого углерода в образце угля. Уголь содержит 20% примесей, следовательно, массовая доля чистого углерода (C) составляет $100\% - 20\% = 80\%$.

Масса углерода:

$m(C) = m(угля) \cdot (1 - w(примесей)) = 15 \, г \cdot (1 - 0.2) = 12 \, г$

2. Рассчитаем количество вещества углерода. Молярная масса углерода $M(C) = 12$ г/моль.

$n(C) = \frac{m(C)}{M(C)} = \frac{12 \, г}{12 \, г/моль} = 1 \, моль$

3. При сжигании углерода образуется углекислый газ. Уравнение реакции:

$C + O_{2} \rightarrow CO_{2}$

Из уравнения реакции следует, что количество вещества образовавшегося углекислого газа равно количеству вещества сгоревшего углерода:

$n(CO_{2}) = n(C) = 1 \, моль$

4. Рассчитаем массу и количество вещества гидроксида натрия в исходном растворе. Молярная масса $M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40$ г/моль.

$m(NaOH) = m(р-ра \, NaOH) \cdot w(NaOH) = 480 \, г \cdot 0.10 = 48 \, г$

$n(NaOH) = \frac{m(NaOH)}{M(NaOH)} = \frac{48 \, г}{40 \, г/моль} = 1.2 \, моль$

5. Определим, какие продукты образуются при реакции углекислого газа с гидроксидом натрия. Для этого найдем соотношение количеств веществ реагентов:

$\frac{n(NaOH)}{n(CO_{2})} = \frac{1.2 \, моль}{1 \, моль} = 1.2$

Поскольку соотношение $1 < \frac{n(NaOH)}{n(CO_{2})} < 2$, реагенты находятся в таком соотношении, что образуется смесь двух солей: карбоната натрия ($Na_{2}CO_{3}$) и гидрокарбоната натрия ($NaHCO_{3}$).

Протекают две реакции:

$CO_{2} + 2NaOH \rightarrow Na_{2}CO_{3} + H_{2}O$

$CO_{2} + NaOH \rightarrow NaHCO_{3}$

6. Рассчитаем количество вещества образовавшихся солей. Пусть $\text{x}$ моль $NaOH$ пошло на образование $Na_{2}CO_{3}$ и $\text{y}$ моль $NaOH$ на образование $NaHCO_{3}$.

Тогда можно составить систему уравнений, исходя из баланса по $NaOH$ и $CO_{2}$:

Пусть образовалось $n(Na_{2}CO_{3})$ моль карбоната и $n(NaHCO_{3})$ моль гидрокарбоната.

Баланс по углероду (из $CO_{2}$): $n(Na_{2}CO_{3}) + n(NaHCO_{3}) = n(CO_{2}) = 1 \, моль$

Баланс по натрию (из $NaOH$): $2 \cdot n(Na_{2}CO_{3}) + n(NaHCO_{3}) = n(NaOH) = 1.2 \, моль$

Вычтем первое уравнение из второго:

$(2 \cdot n(Na_{2}CO_{3}) + n(NaHCO_{3})) - (n(Na_{2}CO_{3}) + n(NaHCO_{3})) = 1.2 - 1$

$n(Na_{2}CO_{3}) = 0.2 \, моль$

Подставим найденное значение в первое уравнение:

$0.2 + n(NaHCO_{3}) = 1 \implies n(NaHCO_{3}) = 0.8 \, моль$

7. Найдем массы образовавшихся солей. Молярные массы: $M(Na_{2}CO_{3}) = 106$ г/моль, $M(NaHCO_{3}) = 84$ г/моль.

$m(Na_{2}CO_{3}) = n(Na_{2}CO_{3}) \cdot M(Na_{2}CO_{3}) = 0.2 \, моль \cdot 106 \, г/моль = 21.2 \, г$

$m(NaHCO_{3}) = n(NaHCO_{3}) \cdot M(NaHCO_{3}) = 0.8 \, моль \cdot 84 \, г/моль = 67.2 \, г$

8. Рассчитаем массу конечного раствора. Она равна массе исходного раствора $NaOH$ плюс масса поглощенного $CO_{2}$.

Масса поглощенного углекислого газа: $m(CO_{2}) = n(CO_{2}) \cdot M(CO_{2}) = 1 \, моль \cdot 44 \, г/моль = 44 \, г$

Масса конечного раствора: $m(конечн. \, р-ра) = m(р-ра \, NaOH) + m(CO_{2}) = 480 \, г + 44 \, г = 524 \, г$

9. Рассчитаем массовые доли солей в конечном растворе.

$w(Na_{2}CO_{3}) = \frac{m(Na_{2}CO_{3})}{m(конечн. \, р-ра)} \cdot 100\% = \frac{21.2 \, г}{524 \, г} \cdot 100\% \approx 4.05\%$

$w(NaHCO_{3}) = \frac{m(NaHCO_{3})}{m(конечн. \, р-ра)} \cdot 100\% = \frac{67.2 \, г}{524 \, г} \cdot 100\% \approx 12.82\%$

Ответ: массовая доля гидрокарбоната натрия $w(NaHCO_{3})$ составляет 12,82%, массовая доля карбоната натрия $w(Na_{2}CO_{3})$ составляет 4,05%.