Номер 34, страница 9 - 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 34, страница 9.

Условие.

34. Через раствор, содержащий 7,4 г гидроксида кальция, пропустили 3,36 л углекислого газа (н. у.). Найдите общую массу солей, образовавшихся в результате реакции.

Решение.

Решение 2.

Дано:

Масса гидроксида кальция $m(Ca(OH)_2) = 7,4$ г

Объем углекислого газа $V(CO_2) = 3,36$ л (н. у.)

Найти:

Общую массу солей $m_{общ.}(солей)$ - ?

Решение:

При взаимодействии гидроксида кальция с углекислым газом возможно образование двух солей: карбоната кальция (средняя соль) и гидрокарбоната кальция (кислая соль). Протекающие реакции зависят от мольного соотношения реагентов:

1) $Ca(OH)_2 + CO_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + H_2O$

2) $Ca(OH)_2 + 2CO_2 \rightarrow Ca(HCO_3)_2$

Чтобы определить, какая реакция (или обе) протекает, необходимо рассчитать количество вещества (моль) исходных реагентов.

1. Вычислим молярную массу гидроксида кальция $Ca(OH)_2$:

$M(Ca(OH)_2) = 40 + 2 \cdot (16 + 1) = 74$ г/моль.

2. Найдем количество вещества гидроксида кальция:

$n(Ca(OH)_2) = \frac{m(Ca(OH)_2)}{M(Ca(OH)_2)} = \frac{7,4 \text{ г}}{74 \text{ г/моль}} = 0,1$ моль.

3. Найдем количество вещества углекислого газа, зная, что молярный объем газа при нормальных условиях (н. у.) составляет $V_m = 22,4$ л/моль:

$n(CO_2) = \frac{V(CO_2)}{V_m} = \frac{3,36 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,15$ моль.

4. Сравним мольное соотношение реагентов:

$\frac{n(CO_2)}{n(Ca(OH)_2)} = \frac{0,15 \text{ моль}}{0,1 \text{ моль}} = 1,5$.

Так как соотношение $1 < 1,5 < 2$, это означает, что углекислый газ находится в избытке для полного протекания реакции (1), но в недостатке для полного протекания реакции (2). Следовательно, в результате будут протекать обе реакции, и образуется смесь двух солей: карбоната кальция ($CaCO_3$) и гидрокарбоната кальция ($Ca(HCO_3)_2$).

Для расчета количеств образовавшихся солей можно рассмотреть процесс последовательно. Сначала весь гидроксид кальция реагирует с углекислым газом с образованием карбоната кальция:

$Ca(OH)_2 + CO_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + H_2O$

На эту реакцию расходуется 0,1 моль $Ca(OH)_2$ и 0,1 моль $CO_2$. Образуется 0,1 моль $CaCO_3$.

После этой реакции в системе останется:

$n_{ост}(CO_2) = n_{исх}(CO_2) - n_{прореаг}(CO_2) = 0,15 - 0,1 = 0,05$ моль.

Оставшийся углекислый газ реагирует с образовавшимся карбонатом кальция, превращая его в гидрокарбонат:

$CaCO_3 + CO_2 + H_2O \rightarrow Ca(HCO_3)_2$

На эту реакцию расходуется 0,05 моль $CO_2$ и 0,05 моль $CaCO_3$. Образуется 0,05 моль $Ca(HCO_3)_2$.

В итоге в растворе будут находиться две соли:

Количество вещества гидрокарбоната кальция $n(Ca(HCO_3)_2) = 0,05$ моль.

Количество вещества оставшегося карбоната кальция $n(CaCO_3) = 0,1 \text{ моль (образовалось)} - 0,05 \text{ моль (прореагировало)} = 0,05$ моль.

5. Рассчитаем массы образовавшихся солей.

Молярная масса карбоната кальция $M(CaCO_3) = 40 + 12 + 3 \cdot 16 = 100$ г/моль.

Масса карбоната кальция: $m(CaCO_3) = n(CaCO_3) \cdot M(CaCO_3) = 0,05 \text{ моль} \cdot 100 \text{ г/моль} = 5,0$ г.

Молярная масса гидрокарбоната кальция $M(Ca(HCO_3)_2) = 40 + 2 \cdot (1 + 12 + 3 \cdot 16) = 162$ г/моль.

Масса гидрокарбоната кальция: $m(Ca(HCO_3)_2) = n(Ca(HCO_3)_2) \cdot M(Ca(HCO_3)_2) = 0,05 \text{ моль} \cdot 162 \text{ г/моль} = 8,1$ г.

6. Найдем общую массу солей:

$m_{общ.}(солей) = m(CaCO_3) + m(Ca(HCO_3)_2) = 5,0 \text{ г} + 8,1 \text{ г} = 13,1$ г.

Ответ: общая масса солей, образовавшихся в результате реакции, составляет 13,1 г.