Номер 20, страница 8 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

Упражнения и задачи для самостоятельного решения. 1. Задачи на вычисление количества, массы или объёма продукта реакции, если одно из исходных веществ взято в избытке - номер 20, страница 8.

Условие.

20. Смешали 100 мл $20 \%$ -ного раствора серной кислоты (плотность 1,14 г/мл) и 400 г $5,2 \%$ -ного раствора хлорида бария. Определите массу выпавшего осадка и массовые доли веществ, находящихся в растворе после отделения осадка.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$V(р-ра \text{ } H_2SO_4) = 100 \text{ мл}$
$\omega(H_2SO_4) = 20 \% = 0.20$
$\rho(р-ра \text{ } H_2SO_4) = 1.14 \text{ г/мл}$
$m(р-ра \text{ } BaCl_2) = 400 \text{ г}$
$\omega(BaCl_2) = 5.2 \% = 0.052$

Найти:

$m(осадка) - ?$
$\omega(веществ \text{ в конечном растворе}) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение химической реакции между серной кислотой и хлоридом бария:

$H_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2HCl$

В результате реакции образуется нерастворимый в воде сульфат бария ($BaSO_4$), который выпадает в осадок, и растворимая соляная кислота ($HCl$).

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

Сначала найдем массу раствора серной кислоты: $m(р-ра \text{ } H_2SO_4) = V(р-ра \text{ } H_2SO_4) \cdot \rho(р-ра \text{ } H_2SO_4) = 100 \text{ мл} \cdot 1.14 \text{ г/мл} = 114 \text{ г}$

Теперь найдем массу чистой серной кислоты в этом растворе: $m(H_2SO_4) = m(р-ра \text{ } H_2SO_4) \cdot \omega(H_2SO_4) = 114 \text{ г} \cdot 0.20 = 22.8 \text{ г}$

Масса чистого хлорида бария в его растворе: $m(BaCl_2) = m(р-ра \text{ } BaCl_2) \cdot \omega(BaCl_2) = 400 \text{ г} \cdot 0.052 = 20.8 \text{ г}$

3. Найдем количество вещества (в молях) для каждого реагента, чтобы определить, какой из них прореагирует полностью (находится в недостатке).

Молярная масса серной кислоты $M(H_2SO_4) = 2 \cdot 1.008 + 32.06 + 4 \cdot 16.00 \approx 98$ г/моль.

Молярная масса хлорида бария $M(BaCl_2) = 137.33 + 2 \cdot 35.45 \approx 208$ г/моль.

Количество вещества серной кислоты: $n(H_2SO_4) = \frac{m(H_2SO_4)}{M(H_2SO_4)} = \frac{22.8 \text{ г}}{98 \text{ г/моль}} \approx 0.2327 \text{ моль}$

Количество вещества хлорида бария: $n(BaCl_2) = \frac{m(BaCl_2)}{M(BaCl_2)} = \frac{20.8 \text{ г}}{208 \text{ г/моль}} = 0.1 \text{ моль}$

4. Согласно уравнению реакции, реагенты взаимодействуют в мольном соотношении $1:1$. Поскольку количество вещества хлорида бария ($0.1$ моль) меньше количества вещества серной кислоты ($0.2327$ моль), $BaCl_2$ является лимитирующим реагентом и прореагирует полностью. Дальнейшие расчеты будем вести по количеству $BaCl_2$.

5. Рассчитаем массу выпавшего осадка — сульфата бария ($BaSO_4$).

Из уравнения реакции следует, что количество вещества образовавшегося осадка равно количеству вещества прореагировавшего хлорида бария: $n(BaSO_4) = n(BaCl_2) = 0.1$ моль.

Молярная масса сульфата бария $M(BaSO_4) = 137.33 + 32.06 + 4 \cdot 16.00 \approx 233$ г/моль.

Масса осадка: $m(осадка) = m(BaSO_4) = n(BaSO_4) \cdot M(BaSO_4) = 0.1 \text{ моль} \cdot 233 \text{ г/моль} = 23.3 \text{ г}$

6. Определим состав и массу конечного раствора, а затем — массовые доли веществ в нем.

Масса конечного раствора равна сумме масс исходных растворов за вычетом массы выпавшего осадка: $m(конечн. \text{ } р-ра) = m(р-ра \text{ } H_2SO_4) + m(р-ра \text{ } BaCl_2) - m(BaSO_4) = 114 \text{ г} + 400 \text{ г} - 23.3 \text{ г} = 490.7 \text{ г}$

В конечном растворе будут находиться: избыток серной кислоты ($H_2SO_4$), образовавшаяся соляная кислота ($HCl$) и вода.

Найдем массу оставшейся серной кислоты. В реакцию вступило $0.1$ моль $H_2SO_4$. $n(H_2SO_4 \text{ ост.}) = n(H_2SO_4 \text{ исх.}) - n(H_2SO_4 \text{ прореаг.}) = 0.2327 \text{ моль} - 0.1 \text{ моль} = 0.1327 \text{ моль}$ $m(H_2SO_4 \text{ ост.}) = n(H_2SO_4 \text{ ост.}) \cdot M(H_2SO_4) = 0.1327 \text{ моль} \cdot 98 \text{ г/моль} \approx 13.0 \text{ г}$

Найдем массу образовавшейся соляной кислоты. Из уравнения реакции $n(HCl) = 2 \cdot n(BaCl_2)$. $n(HCl) = 2 \cdot 0.1 \text{ моль} = 0.2 \text{ моль}$ Молярная масса соляной кислоты $M(HCl) = 1.008 + 35.45 \approx 36.5$ г/моль. $m(HCl) = n(HCl) \cdot M(HCl) = 0.2 \text{ моль} \cdot 36.5 \text{ г/моль} = 7.3 \text{ г}$

7. Рассчитаем массовые доли веществ в конечном растворе.

Массовая доля оставшейся серной кислоты: $\omega(H_2SO_4 \text{ конечн.}) = \frac{m(H_2SO_4 \text{ ост.})}{m(конечн. \text{ } р-ра)} \cdot 100\% = \frac{13.0 \text{ г}}{490.7 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 2.65\%$

Массовая доля образовавшейся соляной кислоты: $\omega(HCl \text{ конечн.}) = \frac{m(HCl)}{m(конечн. \text{ } р-ра)} \cdot 100\% = \frac{7.3 \text{ г}}{490.7 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 1.49\%$

Ответ: масса выпавшего осадка ($BaSO_4$) составляет 23.3 г. В растворе после отделения осадка находятся серная кислота с массовой долей 2.65% и соляная кислота с массовой долей 1.49%.