Номер 7, страница 163 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

7. При обработке 9,8 г смеси карбоната, гидроксида и сульфата кальция избытком соляной кислоты выделилось 0,896 л газа (н. у.) и осталось 2,1 г твёрдого остатка. Вычислите массовую долю компонентов в смеси.

Дано:

$m_{смеси}(CaCO_3, Ca(OH)_2, CaSO_4) = 9,8 \text{ г}$
$V(газа) = 0,896 \text{ л (н.у.)}$
$m_{остатка} = 2,1 \text{ г}$

Найти:

$\omega(CaCO_3) - ?$
$\omega(Ca(OH)_2) - ?$
$\omega(CaSO_4) - ?$

Решение:

При обработке смеси карбоната, гидроксида и сульфата кальция избытком соляной кислоты ($HCl$) происходят следующие химические реакции:

1. Карбонат кальция реагирует с соляной кислотой, в результате чего выделяется углекислый газ:
$CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2\uparrow$

2. Гидроксид кальция вступает в реакцию нейтрализации с соляной кислотой:
$Ca(OH)_2 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + 2H_2O$

3. Сульфат кальция ($CaSO_4$) — соль, образованная сильной кислотой и сильным основанием, поэтому с соляной кислотой он не реагирует. Так как сульфат кальция малорастворим в воде, он и составляет твёрдый остаток.

Таким образом, масса твёрдого остатка равна массе сульфата кальция в исходной смеси:
$m(CaSO_4) = m_{остатка} = 2,1 \text{ г}$

Выделившийся в ходе реакции газ — это углекислый газ ($CO_2$). Рассчитаем его количество вещества (моль) по объему при нормальных условиях (н.у.), используя молярный объем газа $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$:
$n(CO_2) = \frac{V(CO_2)}{V_m} = \frac{0,896 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,04 \text{ моль}$

Согласно уравнению реакции (1), количество вещества прореагировавшего карбоната кальция равно количеству вещества выделившегося углекислого газа:
$n(CaCO_3) = n(CO_2) = 0,04 \text{ моль}$

Вычислим молярную массу карбоната кальция:
$M(CaCO_3) = 40 + 12 + 3 \times 16 = 100 \text{ г/моль}$

Теперь определим массу карбоната кальция в смеси:
$m(CaCO_3) = n(CaCO_3) \times M(CaCO_3) = 0,04 \text{ моль} \times 100 \text{ г/моль} = 4,0 \text{ г}$

Массу гидроксида кальция в смеси найдем, вычтя из общей массы смеси массы сульфата и карбоната кальция:
$m(Ca(OH)_2) = m_{смеси} - m(CaSO_4) - m(CaCO_3) = 9,8 \text{ г} - 2,1 \text{ г} - 4,0 \text{ г} = 3,7 \text{ г}$

Зная массы всех компонентов, вычислим их массовые доли ($\omega$) в исходной смеси.

Массовая доля карбоната кальция:
$\omega(CaCO_3) = \frac{m(CaCO_3)}{m_{смеси}} \times 100\% = \frac{4,0 \text{ г}}{9,8 \text{ г}} \times 100\% \approx 40,82\%$

Массовая доля сульфата кальция:
$\omega(CaSO_4) = \frac{m(CaSO_4)}{m_{смеси}} \times 100\% = \frac{2,1 \text{ г}}{9,8 \text{ г}} \times 100\% \approx 21,43\%$

Массовая доля гидроксида кальция:
$\omega(Ca(OH)_2) = \frac{m(Ca(OH)_2)}{m_{смеси}} \times 100\% = \frac{3,7 \text{ г}}{9,8 \text{ г}} \times 100\% \approx 37,75\%$

Ответ: массовая доля карбоната кальция в смеси составляет 40,82%, гидроксида кальция – 37,75%, сульфата кальция – 21,43%.