Номер 19, страница 8 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

1. Задачи на вычисление количества, массы или объёма продукта реакции, если одно из исходных веществ взято в избытке. Упражнения и задачи для самостоятельного решения - номер 19, страница 8.

Условие.

19. Раствор, содержащий 26,1 г нитрата бария, смешали с 52 мл 26 %-ного раствора сульфата натрия (плотность 1,3 г/мл). Какие вещества и в каких количествах остались в растворе после того, как осадок был отфильтрован?

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(Ba(NO_3)_2) = 26.1 \text{ г}$

$V(р-ра \ Na_2SO_4) = 52 \text{ мл} = 5.2 \cdot 10^{-5} \text{ м}^3$

$\omega(Na_2SO_4) = 26\% = 0.26$

$\rho(р-ра \ Na_2SO_4) = 1.3 \text{ г/мл} = 1300 \text{ кг/м}^3$

Найти:

Какие вещества и в каких количествах (массах) остались в растворе.

Решение:

1. Сначала запишем уравнение химической реакции, которая происходит при смешивании растворов нитрата бария и сульфата натрия. Это реакция ионного обмена, в результате которой образуется нерастворимый осадок сульфата бария.

$Ba(NO_3)_2 + Na_2SO_4 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2NaNO_3$

Из уравнения видно, что после удаления осадка $BaSO_4$ путем фильтрования, в растворе могут остаться растворимый продукт реакции нитрат натрия ($NaNO_3$) и то вещество, которое было взято в избытке.

2. Рассчитаем количество вещества (в молях) для каждого из реагентов, чтобы определить, какой из них находится в избытке. Для этого нам понадобятся их молярные массы.

Молярная масса нитрата бария $Ba(NO_3)_2$:

$M(Ba(NO_3)_2) = M(Ba) + 2 \cdot (M(N) + 3 \cdot M(O)) = 137 + 2 \cdot (14 + 3 \cdot 16) = 261 \text{ г/моль}$

Молярная масса сульфата натрия $Na_2SO_4$:

$M(Na_2SO_4) = 2 \cdot M(Na) + M(S) + 4 \cdot M(O) = 2 \cdot 23 + 32 + 4 \cdot 16 = 142 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества нитрата бария:

$n(Ba(NO_3)_2) = \frac{m(Ba(NO_3)_2)}{M(Ba(NO_3)_2)} = \frac{26.1 \text{ г}}{261 \text{ г/моль}} = 0.1 \text{ моль}$

4. Найдем количество вещества сульфата натрия. Для этого сначала определим массу раствора $Na_2SO_4$, а затем массу чистого $Na_2SO_4$ в нем.

Масса раствора сульфата натрия:

$m(р-ра \ Na_2SO_4) = V(р-ра) \cdot \rho(р-ра) = 52 \text{ мл} \cdot 1.3 \text{ г/мл} = 67.6 \text{ г}$

Масса чистого сульфата натрия:

$m(Na_2SO_4) = m(р-ра \ Na_2SO_4) \cdot \omega(Na_2SO_4) = 67.6 \text{ г} \cdot 0.26 = 17.576 \text{ г}$

Количество вещества сульфата натрия:

$n(Na_2SO_4) = \frac{m(Na_2SO_4)}{M(Na_2SO_4)} = \frac{17.576 \text{ г}}{142 \text{ г/моль}} \approx 0.1238 \text{ моль}$

5. Сравним количества веществ реагентов. Согласно уравнению реакции, $Ba(NO_3)_2$ и $Na_2SO_4$ реагируют в соотношении 1:1.

У нас есть $0.1 \text{ моль } Ba(NO_3)_2$ и $0.1238 \text{ моль } Na_2SO_4$.

Так как $n(Ba(NO_3)_2) < n(Na_2SO_4)$, нитрат бария является лимитирующим реагентом и прореагирует полностью. Сульфат натрия взят в избытке.

6. Рассчитаем массы веществ, которые остались в растворе.

а) Найдем массу избыточного сульфата натрия. В реакцию вступит $0.1 \text{ моль } Na_2SO_4$.

Количество оставшегося $Na_2SO_4$:

$n(Na_2SO_4)_{\text{ост.}} = n(Na_2SO_4)_{\text{исх.}} - n(Na_2SO_4)_{\text{прореаг.}} = 0.1238 \text{ моль} - 0.1 \text{ моль} = 0.0238 \text{ моль}$

Масса оставшегося $Na_2SO_4$ (для большей точности используем не округленное значение $n_{исх}$):

$m(Na_2SO_4)_{\text{ост.}} = (\frac{17.576}{142} - 0.1) \text{ моль} \cdot 142 \text{ г/моль} = (17.576 - 14.2) \text{ г} = 3.376 \text{ г} \approx 3.38 \text{ г}$

б) Найдем массу образовавшегося нитрата натрия ($NaNO_3$).

Молярная масса нитрата натрия $NaNO_3$:

$M(NaNO_3) = M(Na) + M(N) + 3 \cdot M(O) = 23 + 14 + 3 \cdot 16 = 85 \text{ г/моль}$

Согласно уравнению, из 1 моль $Ba(NO_3)_2$ образуется 2 моль $NaNO_3$. Так как прореагировало $0.1 \text{ моль } Ba(NO_3)_2$, образуется:

$n(NaNO_3) = 2 \cdot n(Ba(NO_3)_2) = 2 \cdot 0.1 \text{ моль} = 0.2 \text{ моль}$

Масса образовавшегося $NaNO_3$:

$m(NaNO_3) = n(NaNO_3) \cdot M(NaNO_3) = 0.2 \text{ моль} \cdot 85 \text{ г/моль} = 17.0 \text{ г}$

Ответ:

После того, как осадок был отфильтрован, в растворе остались два вещества: $3.38 \text{ г}$ сульфата натрия ($Na_2SO_4$) и $17.0 \text{ г}$ нитрата натрия ($NaNO_3$).