Номер 21, 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 21, страница 8.

Условие.

21. К 50 мл 20%-ного раствора хлорида аммония (плотность 1,06 г/мл) добавили 50 мл 20%-ного раствора гидроксида натрия (плотность 1,2 г/мл) и полученный раствор прокипятили. Вычислите массовые доли веществ, содержащихся в конечном растворе (потерями воды можно пренебречь).

Решение.

Решение 2.

Дано:

$V(р-ра\ NH_4Cl) = 50\ мл$

$\omega(NH_4Cl) = 20\% = 0,20$

$\rho(р-ра\ NH_4Cl) = 1,06\ г/мл$

$V(р-ра\ NaOH) = 50\ мл$

$\omega(NaOH) = 20\% = 0,20$

$\rho(р-ра\ NaOH) = 1,2\ г/мл$

Найти:

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

Решение:

1. Запишем уравнение реакции между хлоридом аммония и гидроксидом натрия. При кипячении образующийся аммиак улетучивается из раствора в виде газа.

$NH_4Cl + NaOH \xrightarrow{t^\circ} NaCl + H_2O + NH_3\uparrow$

2. Рассчитаем массы исходных растворов, а затем массы растворенных в них веществ.

Масса 20%-ного раствора хлорида аммония:

$m(р-ра\ NH_4Cl) = V \cdot \rho = 50\ мл \cdot 1,06\ г/мл = 53\ г$

Масса чистого хлорида аммония в этом растворе:

$m(NH_4Cl) = m(р-ра\ NH_4Cl) \cdot \omega(NH_4Cl) = 53\ г \cdot 0,20 = 10,6\ г$

Масса 20%-ного раствора гидроксида натрия:

$m(р-ра\ NaOH) = V \cdot \rho = 50\ мл \cdot 1,2\ г/мл = 60\ г$

Масса чистого гидроксида натрия в этом растворе:

$m(NaOH) = m(р-ра\ NaOH) \cdot \omega(NaOH) = 60\ г \cdot 0,20 = 12\ г$

3. Определим количество вещества (в молях) для каждого реагента, чтобы найти лимитирующий реагент.

Молярная масса хлорида аммония: $M(NH_4Cl) = 14,01 + 4 \cdot 1,01 + 35,45 = 53,49\ г/моль \approx 53,5\ г/моль$.

Молярная масса гидроксида натрия: $M(NaOH) = 22,99 + 16,00 + 1,01 = 40,00\ г/моль$.

Количество вещества хлорида аммония:

$n(NH_4Cl) = \frac{m(NH_4Cl)}{M(NH_4Cl)} = \frac{10,6\ г}{53,5\ г/моль} \approx 0,1981\ моль$

Количество вещества гидроксида натрия:

$n(NaOH) = \frac{m(NaOH)}{M(NaOH)} = \frac{12\ г}{40\ г/моль} = 0,3\ моль$

4. Согласно уравнению реакции, реагенты взаимодействуют в соотношении 1:1. Сравним их количества: $0,1981\ моль\ NH_4Cl < 0,3\ моль\ NaOH$. Следовательно, хлорид аммония находится в недостатке и прореагирует полностью, а гидроксид натрия — в избытке. Дальнейшие расчеты ведем по недостатку ($NH_4Cl$).

5. Рассчитаем массы продуктов реакции и массу оставшегося в растворе избытка $NaOH$.

По уравнению реакции, $n(NaCl) = n(NH_3) = n_{прореаг.}(NaOH) = n(NH_4Cl) \approx 0,1981\ моль$.

Масса образовавшегося хлорида натрия ($M(NaCl) = 58,5\ г/моль$):

$m(NaCl) = n(NaCl) \cdot M(NaCl) = 0,1981\ моль \cdot 58,5\ г/моль \approx 11,59\ г$

Масса выделившегося аммиака ($M(NH_3) = 17\ г/моль$):

$m(NH_3) = n(NH_3) \cdot M(NH_3) = 0,1981\ моль \cdot 17\ г/моль \approx 3,37\ г$

Количество вещества оставшегося гидроксида натрия:

$n_{ост.}(NaOH) = n_{исх.}(NaOH) - n_{прореаг.}(NaOH) = 0,3\ моль - 0,1981\ моль = 0,1019\ моль$

Масса оставшегося гидроксида натрия:

$m_{ост.}(NaOH) = n_{ост.}(NaOH) \cdot M(NaOH) = 0,1019\ моль \cdot 40\ г/моль \approx 4,08\ г$

6. Найдем массу конечного раствора. Она равна сумме масс исходных растворов за вычетом массы улетевшего аммиака (потерями воды пренебрегаем по условию).

$m_{конечн. р-ра} = m(р-ра\ NH_4Cl) + m(р-ра\ NaOH) - m(NH_3) = 53\ г + 60\ г - 3,37\ г = 109,63\ г$

7. Теперь можем вычислить массовые доли всех веществ, содержащихся в конечном растворе: $NaCl$, $NaOH$ и воды $H_2O$.

Массовая доля хлорида натрия:

$\omega(NaCl) = \frac{m(NaCl)}{m_{конечн. р-ра}} = \frac{11,59\ г}{109,63\ г} \cdot 100\% \approx 10,57\%$

Массовая доля гидроксида натрия:

$\omega(NaOH) = \frac{m_{ост.}(NaOH)}{m_{конечн. р-ра}} = \frac{4,08\ г}{109,63\ г} \cdot 100\% \approx 3,72\%$

Массу воды в конечном растворе найдем, вычитая из массы конечного раствора массы всех растворенных веществ:

$m(H_2O) = m_{конечн. р-ра} - m(NaCl) - m_{ост.}(NaOH) = 109,63\ г - 11,59\ г - 4,08\ г = 93,96\ г$

Массовая доля воды:

$\omega(H_2O) = \frac{m(H_2O)}{m_{конечн. р-ра}} = \frac{93,96\ г}{109,63\ г} \cdot 100\% \approx 85,71\%$

Ответ: Массовые доли веществ в конечном растворе: $\omega(NaCl) \approx 10,57\%$; $\omega(NaOH) \approx 3,72\%$; $\omega(H_2O) \approx 85,71\%$.