Номер 10, страница 120 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

*10. При комнатной температуре (25 °C) в одном объеме воды растворяется два объема хлора. Рассчитайте массовую долю и молярную концентрацию хлора в насыщенной хлорной воде (плотность хлорной воды равна 1,0 г/мл).

Дано:

$t = 25 \text{ °C}$

Растворимость хлора: $\frac{V(\text{Cl}_2)}{V(\text{H}_2\text{O})} = \frac{2}{1}$

$\rho(\text{раствора}) = 1,0 \text{ г/мл}$

Перевод данных в систему СИ:

$T = 25 + 273,15 = 298,15 \text{ К}$

$\rho(\text{раствора}) = 1,0 \frac{\text{г}}{\text{мл}} = 1,0 \frac{10^{-3} \text{ кг}}{10^{-6} \text{ м}^3} = 1000 \frac{\text{кг}}{\text{м}^3}$

Найти:

$\omega(\text{Cl}_2) - ?$

$C(\text{Cl}_2) - ?$

Решение:

Для удобства расчетов примем объем воды $V(\text{H}_2\text{O})$ равным 1 литру. Плотность чистой воды при комнатной температуре близка к 1,0 г/мл, поэтому будем считать, что масса 1 л воды составляет 1000 г.

$V(\text{H}_2\text{O}) = 1 \text{ л} = 1000 \text{ мл}$

$m(\text{H}_2\text{O}) = 1000 \text{ мл} \cdot 1,0 \text{ г/мл} = 1000 \text{ г}$

Согласно условию, в этом объеме воды растворяется 2 литра хлора:

$V(\text{Cl}_2) = 2 \cdot V(\text{H}_2\text{O}) = 2 \cdot 1 \text{ л} = 2 \text{ л}$

В подобных задачах, если не указаны конкретные условия (давление и температура), при которых измерен объем газа, его объем принято приводить к нормальным условиям (н.у.: $t=0$ °C, $P=1$ атм). Молярный объем идеального газа при н.у. ($V_m$) равен 22,4 л/моль. Найдем количество вещества хлора:

$n(\text{Cl}_2) = \frac{V(\text{Cl}_2)}{V_m} = \frac{2 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} \approx 0,0893 \text{ моль}$

Молярная масса хлора $M(\text{Cl}_2) = 2 \cdot 35,5 = 71 \text{ г/моль}$. Найдем массу растворенного хлора:

$m(\text{Cl}_2) = n(\text{Cl}_2) \cdot M(\text{Cl}_2) \approx 0,0893 \text{ моль} \cdot 71 \text{ г/моль} \approx 6,34 \text{ г}$

Зная массы компонентов, мы можем рассчитать искомые величины.

Расчет массовой доли хлора

Массовая доля вещества в растворе ($\omega$) вычисляется как отношение массы растворенного вещества к общей массе раствора. Сначала найдем массу насыщенного раствора:

$m(\text{раствора}) = m(\text{H}_2\text{O}) + m(\text{Cl}_2) = 1000 \text{ г} + 6,34 \text{ г} = 1006,34 \text{ г}$

Теперь рассчитаем массовую долю хлора, выраженную в процентах:

$\omega(\text{Cl}_2) = \frac{m(\text{Cl}_2)}{m(\text{раствора})} \cdot 100\% = \frac{6,34 \text{ г}}{1006,34 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 0,63\%$

Ответ: массовая доля хлора в насыщенной хлорной воде составляет примерно 0,63%.

Расчет молярной концентрации хлора

Молярная концентрация ($C$) вычисляется как отношение количества вещества к объему раствора в литрах. Найдем объем раствора, используя его массу и заданную плотность:

$V(\text{раствора}) = \frac{m(\text{раствора})}{\rho(\text{раствора})} = \frac{1006,34 \text{ г}}{1,0 \text{ г/мл}} = 1006,34 \text{ мл} \approx 1,006 \text{ л}$

Теперь рассчитаем молярную концентрацию хлора:

$C(\text{Cl}_2) = \frac{n(\text{Cl}_2)}{V(\text{раствора})} = \frac{0,0893 \text{ моль}}{1,006 \text{ л}} \approx 0,089 \text{ моль/л}$

Ответ: молярная концентрация хлора в насыщенной хлорной воде составляет примерно 0,089 моль/л.