Номер 8, страница 61 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

8. Серу массой 0,8 г сожгли, полученный газ растворили в 100 г раствора гидроксида натрия с массовой долей щёлочи 4 %. Рассчитайте массовые доли веществ в полученном растворе.

Дано:

масса серы $m(\text{S}) = 0,8 \text{ г}$

масса раствора гидроксида натрия $m(\text{р-ра } \text{NaOH}) = 100 \text{ г}$

массовая доля гидроксида натрия $w(\text{NaOH}) = 4\% = 0,04$

Найти:

массовые доли веществ в конечном растворе $w(\text{веществ}) - ?$

Решение:

1. Составим уравнение реакции горения серы. При сгорании серы образуется оксид серы(IV) (сернистый газ):

$S + O_2 \rightarrow SO_2$

2. Найдем количество вещества серы, вступившей в реакцию. Молярная масса серы $M(\text{S}) = 32 \text{ г/моль}$.

$n(\text{S}) = \frac{m(\text{S})}{M(\text{S})} = \frac{0,8 \text{ г}}{32 \text{ г/моль}} = 0,025 \text{ моль}$

3. По уравнению реакции, количество вещества образовавшегося оксида серы(IV) равно количеству вещества серы:

$n(\text{SO}_2) = n(\text{S}) = 0,025 \text{ моль}$

4. Рассчитаем массу полученного оксида серы(IV). Молярная масса $M(\text{SO}_2) = 32 + 2 \cdot 16 = 64 \text{ г/моль}$.

$m(\text{SO}_2) = n(\text{SO}_2) \cdot M(\text{SO}_2) = 0,025 \text{ моль} \cdot 64 \text{ г/моль} = 1,6 \text{ г}$

5. Определим массу и количество вещества гидроксида натрия в исходном растворе. Молярная масса $M(\text{NaOH}) = 23 + 16 + 1 = 40 \text{ г/моль}$.

$m(\text{NaOH}) = m(\text{р-ра } \text{NaOH}) \cdot w(\text{NaOH}) = 100 \text{ г} \cdot 0,04 = 4 \text{ г}$

$n(\text{NaOH}) = \frac{m(\text{NaOH})}{M(\text{NaOH})} = \frac{4 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

6. Оксид серы(IV) реагирует с гидроксидом натрия. В зависимости от соотношения реагентов могут образоваться средняя соль (сульфит натрия) или кислая соль (гидросульфит натрия).

Уравнение реакции с образованием средней соли: $SO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_3 + H_2O$

Уравнение реакции с образованием кислой соли: $SO_2 + NaOH \rightarrow NaHSO_3$

Сравним соотношение количеств веществ реагентов: $\frac{n(\text{NaOH})}{n(\text{SO}_2)} = \frac{0,1 \text{ моль}}{0,025 \text{ моль}} = 4$

Для образования средней соли требуется соотношение $2:1$, для кислой – $1:1$. Так как фактическое соотношение $4:1$ больше, чем $2:1$, гидроксид натрия находится в избытке, и реакция идет с образованием средней соли сульфита натрия $Na_2SO_3$.

7. Расчеты ведем по недостатку, то есть по $SO_2$.

Количество прореагировавшего $NaOH$: $n_{реаг}(\text{NaOH}) = 2 \cdot n(\text{SO}_2) = 2 \cdot 0,025 \text{ моль} = 0,05 \text{ моль}$

Количество оставшегося (избыточного) $NaOH$: $n_{ост}(\text{NaOH}) = n_{исх}(\text{NaOH}) - n_{реаг}(\text{NaOH}) = 0,1 \text{ моль} - 0,05 \text{ моль} = 0,05 \text{ моль}$

Масса оставшегося $NaOH$: $m_{ост}(\text{NaOH}) = n_{ост}(\text{NaOH}) \cdot M(\text{NaOH}) = 0,05 \text{ моль} \cdot 40 \text{ г/моль} = 2 \text{ г}$

Количество образовавшегося сульфита натрия $Na_2SO_3$: $n(\text{Na}_2\text{SO}_3) = n(\text{SO}_2) = 0,025 \text{ моль}$

Масса образовавшегося сульфита натрия ($M(\text{Na}_2\text{SO}_3) = 2 \cdot 23 + 32 + 3 \cdot 16 = 126 \text{ г/моль}$):

$m(\text{Na}_2\text{SO}_3) = n(\text{Na}_2\text{SO}_3) \cdot M(\text{Na}_2\text{SO}_3) = 0,025 \text{ моль} \cdot 126 \text{ г/моль} = 3,15 \text{ г}$

8. Найдем массу конечного раствора. Она складывается из массы исходного раствора щелочи и массы поглощенного газа:

$m_{конечн}(\text{р-ра}) = m(\text{р-ра } \text{NaOH}) + m(\text{SO}_2) = 100 \text{ г} + 1,6 \text{ г} = 101,6 \text{ г}$

9. Рассчитаем массовые доли веществ в полученном растворе. В растворе находятся сульфит натрия, избыток гидроксида натрия и вода.

Массовая доля сульфита натрия $w(\text{Na}_2\text{SO}_3)$:

$w(\text{Na}_2\text{SO}_3) = \frac{m(\text{Na}_2\text{SO}_3)}{m_{конечн}(\text{р-ра})} \cdot 100\% = \frac{3,15 \text{ г}}{101,6 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 3,10\%$

Массовая доля гидроксида натрия $w_{ост}(\text{NaOH})$:

$w_{ост}(\text{NaOH}) = \frac{m_{ост}(\text{NaOH})}{m_{конечн}(\text{р-ра})} \cdot 100\% = \frac{2 \text{ г}}{101,6 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 1,97\%$

Массовая доля воды $w(\text{H}_2\text{O})$:

$w(\text{H}_2\text{O}) = 100\% - w(\text{Na}_2\text{SO}_3) - w_{ост}(\text{NaOH}) = 100\% - 3,10\% - 1,97\% = 94,93\%$

Ответ:массовые доли веществ в полученном растворе: $w(\text{Na}_2\text{SO}_3) \approx 3,10\%$, $w(\text{NaOH}) \approx 1,97\%$, $w(\text{H}_2\text{O}) \approx 94,93\%$.