Номер 3, страница 244 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

3. При взаимодействии избытка раствора гидроксида натрия с 16 г кремния было получено 22,4 л водорода (н. у.). Вычислите массовую долю кремния во взятом образце. Найдите массу оксида кремния (IV) в нём. Рассчитайте массу 60%-го раствора щёлочи, необходимую для реакции.

Дано:

$m_{образца}$ = 16 г
$V(H_2)$ = 22,4 л (н. у.)
$\omega(NaOH)$ = 60% или 0,6

Найти:

$\omega(Si)$ - ?
$m(SiO_2)$ - ?
$m_{р-ра}(NaOH)$ - ?

Решение:

В образце, состоящем из кремния (Si) и оксида кремния (IV) (SiO₂), с избытком раствора гидроксида натрия (NaOH) реагируют оба компонента. Водород (H₂) выделяется только в реакции с кремнием, так как реакция оксида кремния (IV) с щёлочью протекает без выделения газа.

Уравнение реакции кремния с гидроксидом натрия:

$Si + 2NaOH + H_2O \rightarrow Na_2SiO_3 + 2H_2 \uparrow$

Уравнение реакции оксида кремния (IV) с гидроксидом натрия:

$SiO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2SiO_3 + H_2O$

Вычислите массовую долю кремния во взятом образце.

1. Найдем количество вещества выделившегося водорода. При нормальных условиях (н. у.) молярный объем любого газа ($V_m$) составляет 22,4 л/моль.

$n(H_2) = \frac{V(H_2)}{V_m} = \frac{22,4 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 1 \text{ моль}$

2. По уравнению реакции $Si + 2NaOH + H_2O \rightarrow Na_2SiO_3 + 2H_2$ найдем количество вещества кремния, вступившего в реакцию. Соотношение количеств веществ кремния и водорода равно $n(Si) : n(H_2) = 1 : 2$.

$n(Si) = \frac{1}{2} n(H_2) = \frac{1}{2} \times 1 \text{ моль} = 0,5 \text{ моль}$

3. Вычислим массу кремния. Молярная масса кремния $M(Si) = 28$ г/моль.

$m(Si) = n(Si) \times M(Si) = 0,5 \text{ моль} \times 28 \text{ г/моль} = 14 \text{ г}$

4. Рассчитаем массовую долю кремния в образце массой 16 г.

$\omega(Si) = \frac{m(Si)}{m_{образца}} \times 100\% = \frac{14 \text{ г}}{16 \text{ г}} \times 100\% = 0,875 \times 100\% = 87,5\%$

Ответ: Массовая доля кремния в образце составляет 87,5%.

Найдите массу оксида кремния (IV) в нём.

1. Масса образца состоит из массы кремния и массы оксида кремния (IV), который является примесью.

$m_{образца} = m(Si) + m(SiO_2)$

2. Найдем массу оксида кремния (IV) по разности.

$m(SiO_2) = m_{образца} - m(Si) = 16 \text{ г} - 14 \text{ г} = 2 \text{ г}$

Ответ: Масса оксида кремния (IV) в образце составляет 2 г.

Рассчитайте массу 60%-го раствора щёлочи, необходимую для реакции.

1. Гидроксид натрия реагирует как с кремнием, так и с оксидом кремния (IV). Найдем общее количество вещества щёлочи, необходимое для обеих реакций.

2. Количество вещества щёлочи для реакции с кремнием ($n_1(NaOH)$). Из уравнения реакции $Si + 2NaOH + H_2O \rightarrow Na_2SiO_3 + 2H_2$ следует, что $n_1(NaOH) : n(Si) = 2 : 1$.

$n_1(NaOH) = 2 \times n(Si) = 2 \times 0,5 \text{ моль} = 1 \text{ моль}$

3. Количество вещества щёлочи для реакции с оксидом кремния (IV) ($n_2(NaOH)$). Сначала найдем количество вещества $SiO_2$. Молярная масса $M(SiO_2) = 28 + 2 \times 16 = 60$ г/моль.

$n(SiO_2) = \frac{m(SiO_2)}{M(SiO_2)} = \frac{2 \text{ г}}{60 \text{ г/моль}} = \frac{1}{30} \text{ моль}$

Из уравнения реакции $SiO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2SiO_3 + H_2O$ следует, что $n_2(NaOH) : n(SiO_2) = 2 : 1$.

$n_2(NaOH) = 2 \times n(SiO_2) = 2 \times \frac{1}{30} \text{ моль} = \frac{1}{15} \text{ моль}$

4. Общее количество вещества щёлочи:

$n_{общ}(NaOH) = n_1(NaOH) + n_2(NaOH) = 1 + \frac{1}{15} = \frac{16}{15} \text{ моль}$

5. Вычислим массу чистого гидроксида натрия. Молярная масса $M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40$ г/моль.

$m(NaOH) = n_{общ}(NaOH) \times M(NaOH) = \frac{16}{15} \text{ моль} \times 40 \text{ г/моль} = \frac{640}{15} \text{ г} = \frac{128}{3} \text{ г} \approx 42,67 \text{ г}$

6. Рассчитаем массу 60%-го раствора гидроксида натрия.

$m_{р-ра}(NaOH) = \frac{m(NaOH)}{\omega(NaOH)} = \frac{128/3 \text{ г}}{0,6} = \frac{128}{3 \times 0,6} \text{ г} = \frac{128}{1,8} \text{ г} = \frac{640}{9} \text{ г} \approx 71,11 \text{ г}$

Ответ: Масса 60%-го раствора щёлочи, необходимая для реакции, составляет примерно 71,11 г.