Номер 1.20, страница 39, часть II - гдз по химии 8-9 класс задачник с помощником Гара, Габрусева

1. Вычисление массы, объема или количества вещества по известной массе, объему или количеству вещества одного из вступивших в реакцию или получившихся в результате реакции веществ. Часть II. Вычисления по химическим уравнениям - номер 1.20, страница 39.

Условие.

1.20. Определите массу карбоната натрия, необходимого для умягчения образца жесткой воды, содержащей 13,6 г сульфата кальция и 6,1 г сульфата магния.

Решение.

Решение 2.

Дано:

Масса сульфата кальция $m(CaSO_4) = 13,6$ г
Масса сульфата магния $m(MgSO_4) = 6,1$ г

$m(CaSO_4) = 13,6 \text{ г} = 0,0136 \text{ кг}$
$m(MgSO_4) = 6,1 \text{ г} = 0,0061 \text{ кг}$

Найти:

Массу карбоната натрия $m(Na_2CO_3)$ — ?

Решение

Жесткость воды обусловлена наличием в ней растворенных солей кальция и магния. Для умягчения воды необходимо удалить ионы $Ca^{2+}$ и $Mg^{2+}$ из раствора, осадив их в виде нерастворимых солей. В данном случае для этого используется карбонат натрия ($Na_2CO_3$). Происходят следующие реакции обмена:

1) Реакция с сульфатом кальция: $CaSO_4 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + Na_2SO_4$

2) Реакция с сульфатом магния: $MgSO_4 + Na_2CO_3 \rightarrow MgCO_3 \downarrow + Na_2SO_4$

Для решения задачи рассчитаем молярные массы необходимых веществ, используя округленные значения атомных масс из периодической таблицы химических элементов: $Ar(Ca) = 40$, $Ar(S) = 32$, $Ar(O) = 16$, $Ar(Mg) = 24$, $Ar(Na) = 23$, $Ar(C) = 12$.

Молярная масса сульфата кальция ($CaSO_4$): $M(CaSO_4) = 40 + 32 + 4 \cdot 16 = 136$ г/моль

Молярная масса сульфата магния ($MgSO_4$): $M(MgSO_4) = 24 + 32 + 4 \cdot 16 = 120$ г/моль

Молярная масса карбоната натрия ($Na_2CO_3$): $M(Na_2CO_3) = 2 \cdot 23 + 12 + 3 \cdot 16 = 46 + 12 + 48 = 106$ г/моль

Теперь найдем количество вещества (число молей) сульфата кальция и сульфата магния:

$n(CaSO_4) = \frac{m(CaSO_4)}{M(CaSO_4)} = \frac{13,6 \text{ г}}{136 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

$n(MgSO_4) = \frac{m(MgSO_4)}{M(MgSO_4)} = \frac{6,1 \text{ г}}{120 \text{ г/моль}} \approx 0,0508 \text{ моль}$

Из уравнений реакций видно, что карбонат натрия реагирует с сульфатами кальция и магния в мольном соотношении 1:1.

Следовательно, количество вещества карбоната натрия, необходимое для реакции с $CaSO_4$, равно: $n_1(Na_2CO_3) = n(CaSO_4) = 0,1 \text{ моль}$

Количество вещества карбоната натрия, необходимое для реакции с $MgSO_4$, равно: $n_2(Na_2CO_3) = n(MgSO_4) \approx 0,0508 \text{ моль}$

Общее количество вещества карбоната натрия, которое потребуется для умягчения воды, равно сумме количеств, необходимых для каждой реакции: $n_{общ}(Na_2CO_3) = n_1(Na_2CO_3) + n_2(Na_2CO_3) = 0,1 \text{ моль} + 0,0508 \text{ моль} = 0,1508 \text{ моль}$

Наконец, рассчитаем массу карбоната натрия: $m(Na_2CO_3) = n_{общ}(Na_2CO_3) \cdot M(Na_2CO_3) = 0,1508 \text{ моль} \cdot 106 \text{ г/моль} \approx 15,985 \text{ г}$

Округляя результат до одного знака после запятой (как в исходных данных), получаем 16,0 г.

Ответ: для умягчения данного образца жесткой воды потребуется 16,0 г карбоната натрия.