Номер 5-104, страница 63 - гдз по химии 8 класс задачник Кузнецова, Левкин

5-104. Смешали 126,13 мл 12%-ного раствора едкого кали (плотность раствора – $1,11 \text{ г/см}^3$) и 8,93 мл 40%-ного раствора плавиковой кислоты (плотность раствора – $1,12 \text{ г/см}^3$). Вычислите

а) массу образовавшейся соли;

б) массовую долю этой соли в растворе;

в) массовую долю реагента, оставшегося в растворе после реакции.

Дано:

Раствор едкого кали (KOH):
Объем $V_1 = 126,13$ мл
Массовая доля $\omega_1 = 12\% = 0,12$
Плотность $\rho_1 = 1,11$ г/см³

Раствор плавиковой кислоты (HF):
Объем $V_2 = 8,93$ мл
Массовая доля $\omega_2 = 40\% = 0,40$
Плотность $\rho_2 = 1,12$ г/см³

Найти:

а) $m(\text{соли})$ - массу образовавшейся соли
б) $\omega(\text{соли})$ - массовую долю этой соли в растворе
в) $\omega(\text{реагента в избытке})$ - массовую долю реагента, оставшегося в растворе

Решение:

1. Запишем уравнение реакции нейтрализации едкого кали (гидроксида калия) плавиковой (фтороводородной) кислотой. В результате реакции образуется соль фторид калия (KF) и вода:

$KOH + HF \rightarrow KF + H_2O$

2. Рассчитаем массы исходных растворов, используя формулу массы через плотность и объем $m = \rho \times V$:

Масса раствора KOH: $m_{\text{р-ра}}(KOH) = 126,13 \text{ мл} \times 1,11 \text{ г/мл} = 140,0043 \text{ г}$

Масса раствора HF: $m_{\text{р-ра}}(HF) = 8,93 \text{ мл} \times 1,12 \text{ г/мл} = 10,0016 \text{ г}$

3. Рассчитаем массы чистых веществ (реагентов) в растворах, используя формулу $m_{\text{вещества}} = m_{\text{раствора}} \times \omega_{\text{вещества}}$:

Масса KOH: $m(KOH) = 140,0043 \text{ г} \times 0,12 = 16,8005 \text{ г}$

Масса HF: $m(HF) = 10,0016 \text{ г} \times 0,40 = 4,00064 \text{ г}$

4. Найдем количество вещества (в молях) каждого реагента по формуле $n = m / M$. Для этого вычислим их молярные массы:

$M(KOH) = 39,1 + 16,0 + 1,0 = 56,1$ г/моль

$M(HF) = 1,0 + 19,0 = 20,0$ г/моль

Количество вещества KOH: $n(KOH) = \frac{16,8005 \text{ г}}{56,1 \text{ г/моль}} \approx 0,2995 \text{ моль}$

Количество вещества HF: $n(HF) = \frac{4,00064 \text{ г}}{20,0 \text{ г/моль}} \approx 0,2000 \text{ моль}$

5. Определим, какой из реагентов находится в недостатке. Согласно уравнению реакции, KOH и HF реагируют в мольном соотношении 1:1. Сравнивая количества веществ, видим, что $0,2000 \text{ моль} < 0,2995 \text{ моль}$. Следовательно, плавиковая кислота (HF) находится в недостатке и прореагирует полностью, а едкое кали (KOH) — в избытке. Все дальнейшие расчеты продуктов реакции ведем по реагенту в недостатке (HF).

а) массу образовавшейся соли

Из уравнения реакции следует, что количество вещества образовавшейся соли (KF) равно количеству вещества прореагировавшей кислоты (HF):

$n(KF) = n(HF) = 0,2000 \text{ моль}$

Рассчитаем молярную массу фторида калия (KF):

$M(KF) = 39,1 + 19,0 = 58,1$ г/моль

Теперь найдем массу образовавшейся соли:

$m(KF) = n(KF) \times M(KF) = 0,2000 \text{ моль} \times 58,1 \text{ г/моль} = 11,62 \text{ г}$

Ответ: масса образовавшейся соли KF составляет 11,62 г.

б) массовую долю этой соли в растворе

Масса конечного раствора равна сумме масс исходных растворов, так как реакция протекает без выделения газов:

$m_{\text{конечн. р-ра}} = m_{\text{р-ра}}(KOH) + m_{\text{р-ра}}(HF) = 140,0043 \text{ г} + 10,0016 \text{ г} = 150,0059 \text{ г}$

Массовая доля соли KF в конечном растворе вычисляется как отношение массы соли к массе всего раствора:

$\omega(KF) = \frac{m(KF)}{m_{\text{конечн. р-ра}}} = \frac{11,62 \text{ г}}{150,0059 \text{ г}} \approx 0,0775$

Выразим массовую долю в процентах: $0,0775 \times 100\% = 7,75\%$

Ответ: массовая доля соли в растворе составляет 7,75%.

в) массовую долю реагента, оставшегося в растворе после реакции

Реагент в избытке — KOH. Рассчитаем, какое его количество прореагировало. Так как соотношение 1:1, то:

$n(KOH)_{\text{прореаг.}} = n(HF) = 0,2000 \text{ моль}$

Найдем количество вещества KOH, оставшегося в избытке:

$n(KOH)_{\text{ост.}} = n(KOH)_{\text{исх.}} - n(KOH)_{\text{прореаг.}} = 0,2995 \text{ моль} - 0,2000 \text{ моль} = 0,0995 \text{ моль}$

Найдем массу оставшегося KOH:

$m(KOH)_{\text{ост.}} = n(KOH)_{\text{ост.}} \times M(KOH) = 0,0995 \text{ моль} \times 56,1 \text{ г/моль} \approx 5,58 \text{ г}$

Рассчитаем массовую долю оставшегося KOH в конечном растворе:

$\omega(KOH)_{\text{ост.}} = \frac{m(KOH)_{\text{ост.}}}{m_{\text{конечн. р-ра}}} = \frac{5,58 \text{ г}}{150,0059 \text{ г}} \approx 0,0372$

Выразим массовую долю в процентах: $0,0372 \times 100\% = 3,72\%$

Ответ: массовая доля оставшегося реагента (едкого кали) составляет 3,72%.