Номер 8, страница 123 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

8. Смешали 90 г $10\%$-ного раствора уксусной кислоты и 160 г $5\%$-ного раствора гидроксида натрия. Рассчитайте массовые доли веществ в полученном растворе.

Дано:

Масса раствора уксусной кислоты ($m_{p-pa}(CH_3COOH)$) = 90 г
Массовая доля уксусной кислоты ($\omega(CH_3COOH)$) = 10% (0.10)
Масса раствора гидроксида натрия ($m_{p-pa}(NaOH)$) = 160 г
Массовая доля гидроксида натрия ($\omega(NaOH)$) = 5% (0.05)

Перевод в СИ:
$m_{p-pa}(CH_3COOH) = 0.09 \text{ кг}$
$m_{p-pa}(NaOH) = 0.16 \text{ кг}$

Найти:

Массовые доли веществ в полученном растворе ($\omega_{конечн.}$).

Решение:

1. Запишем уравнение реакции нейтрализации уксусной кислоты гидроксидом натрия:

$CH_3COOH + NaOH \rightarrow CH_3COONa + H_2O$

2. Рассчитаем массы чистых веществ (реагентов) в исходных растворах.

Масса уксусной кислоты:

$m(CH_3COOH) = m_{p-pa}(CH_3COOH) \cdot \omega(CH_3COOH) = 90 \text{ г} \cdot 0.10 = 9 \text{ г}$

Масса гидроксида натрия:

$m(NaOH) = m_{p-pa}(NaOH) \cdot \omega(NaOH) = 160 \text{ г} \cdot 0.05 = 8 \text{ г}$

3. Найдем молярные массы реагентов и продукта реакции (ацетата натрия).

$M(CH_3COOH) = 12 \cdot 2 + 1 \cdot 4 + 16 \cdot 2 = 60 \text{ г/моль}$

$M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40 \text{ г/моль}$

$M(CH_3COONa) = 12 \cdot 2 + 1 \cdot 3 + 16 \cdot 2 + 23 = 82 \text{ г/моль}$

4. Определим количество вещества (в молях) для каждого реагента.

$n(CH_3COOH) = \frac{m(CH_3COOH)}{M(CH_3COOH)} = \frac{9 \text{ г}}{60 \text{ г/моль}} = 0.15 \text{ моль}$

$n(NaOH) = \frac{m(NaOH)}{M(NaOH)} = \frac{8 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} = 0.20 \text{ моль}$

5. Определим, какое из веществ находится в избытке. Согласно уравнению реакции, вещества реагируют в соотношении 1:1. Так как $n(NaOH) > n(CH_3COOH)$ (0.20 моль > 0.15 моль), гидроксид натрия находится в избытке, а уксусная кислота прореагирует полностью и является лимитирующим реагентом. Расчет продуктов реакции будем вести по уксусной кислоте.

6. Рассчитаем массу конечного раствора. Она равна сумме масс исходных растворов.

$m_{конечн. p-pa} = m_{p-pa}(CH_3COOH) + m_{p-pa}(NaOH) = 90 \text{ г} + 160 \text{ г} = 250 \text{ г}$

7. Рассчитаем состав конечного раствора. В нем будут содержаться: продукт реакции - ацетат натрия ($CH_3COONa$), избыток гидроксида натрия ($NaOH$) и вода.

Количество вещества прореагировавшего NaOH равно количеству вещества $CH_3COOH$:

$n_{реаг.}(NaOH) = n(CH_3COOH) = 0.15 \text{ моль}$

Количество вещества оставшегося (избыточного) NaOH:

$n_{ост.}(NaOH) = n_{исх.}(NaOH) - n_{реаг.}(NaOH) = 0.20 \text{ моль} - 0.15 \text{ моль} = 0.05 \text{ моль}$

Масса оставшегося NaOH:

$m_{ост.}(NaOH) = n_{ост.}(NaOH) \cdot M(NaOH) = 0.05 \text{ моль} \cdot 40 \text{ г/моль} = 2 \text{ г}$

Количество вещества образовавшегося ацетата натрия равно количеству вещества $CH_3COOH$:

$n(CH_3COONa) = n(CH_3COOH) = 0.15 \text{ моль}$

Масса образовавшегося ацетата натрия:

$m(CH_3COONa) = n(CH_3COONa) \cdot M(CH_3COONa) = 0.15 \text{ моль} \cdot 82 \text{ г/моль} = 12.3 \text{ г}$

8. Рассчитаем массовые доли веществ в полученном растворе.

Массовая доля оставшегося гидроксида натрия:

$\omega_{конечн.}(NaOH) = \frac{m_{ост.}(NaOH)}{m_{конечн. p-pa}} = \frac{2 \text{ г}}{250 \text{ г}} = 0.008$ или $0.8\%$

Массовая доля образовавшегося ацетата натрия:

$\omega(CH_3COONa) = \frac{m(CH_3COONa)}{m_{конечн. p-pa}} = \frac{12.3 \text{ г}}{250 \text{ г}} = 0.0492$ или $4.92\%$

Остальное в растворе — вода. Ее массовая доля:

$\omega(H_2O) = 1 - \omega_{конечн.}(NaOH) - \omega(CH_3COONa) = 1 - 0.008 - 0.0492 = 0.9428$ или $94.28\%$

Ответ: Массовые доли веществ в полученном растворе: $\omega(NaOH) = 0.8\%$, $\omega(CH_3COONa) = 4.92\%$, $\omega(H_2O) = 94.28\%$.