Номер 41, страница 54 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

Упражнения и задачи для самостоятельного решения. 6. Галогены и их соединения - номер 41, страница 54.

Условие.

41. Газ, полученный прокаливанием 9,8 г бертолетовой соли, смешан с газом, полученным на аноде в результате полного электролиза расплава 22,2 г хлорида кальция. Полученную смесь газов пропустили через 400 г 2 %-ного горячего раствора гидроксида натрия. Рассчитайте массовые доли веществ в полученном растворе.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(KClO_3) = 9,8 \text{ г}$

$m(CaCl_2) = 22,2 \text{ г}$

$m_{р-ра}(NaOH) = 400 \text{ г}$

$\omega(NaOH) = 2\% = 0,02$

Найти:

$\omega(веществ)$ в полученном растворе - ?

Решение:

1. Найдем количество вещества кислорода, полученного при прокаливании бертолетовой соли (хлората калия $KClO_3$).

Уравнение реакции разложения:

$2KClO_3 \xrightarrow{t^\circ} 2KCl + 3O_2 \uparrow$

Молярная масса хлората калия:

$M(KClO_3) = 39 + 35,5 + 3 \cdot 16 = 122,5 \text{ г/моль}$

Количество вещества хлората калия:

$n(KClO_3) = \frac{m(KClO_3)}{M(KClO_3)} = \frac{9,8 \text{ г}}{122,5 \text{ г/моль}} = 0,08 \text{ моль}$

По уравнению реакции, количество вещества кислорода:

$n(O_2) = \frac{3}{2} n(KClO_3) = \frac{3}{2} \cdot 0,08 \text{ моль} = 0,12 \text{ моль}$

2. Найдем количество вещества хлора, полученного на аноде при электролизе расплава хлорида кальция $CaCl_2$.

Уравнение реакции электролиза:

$CaCl_2 \xrightarrow{электролиз} Ca + Cl_2 \uparrow$

Молярная масса хлорида кальция:

$M(CaCl_2) = 40 + 2 \cdot 35,5 = 111 \text{ г/моль}$

Количество вещества хлорида кальция:

$n(CaCl_2) = \frac{m(CaCl_2)}{M(CaCl_2)} = \frac{22,2 \text{ г}}{111 \text{ г/моль}} = 0,2 \text{ моль}$

По уравнению реакции, количество вещества хлора:

$n(Cl_2) = n(CaCl_2) = 0,2 \text{ моль}$

3. Смесь газов ($O_2$ и $Cl_2$) пропустили через горячий раствор гидроксида натрия. Кислород не реагирует со щелочью. Хлор вступает в реакцию диспропорционирования.

Найдем массу и количество вещества $NaOH$ в исходном растворе.

$m(NaOH) = m_{р-ра}(NaOH) \cdot \omega(NaOH) = 400 \text{ г} \cdot 0,02 = 8 \text{ г}$

$M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40 \text{ г/моль}$

$n(NaOH) = \frac{m(NaOH)}{M(NaOH)} = \frac{8 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} = 0,2 \text{ моль}$

Уравнение реакции хлора с горячим раствором щелочи:

$3Cl_2 + 6NaOH \xrightarrow{t^\circ} 5NaCl + NaClO_3 + 3H_2O$

Определим, какое из реагирующих веществ находится в недостатке. Соотношение по уравнению $n(Cl_2) : n(NaOH) = 3 : 6 = 1 : 2$.

Имеем в наличии $n(Cl_2) = 0,2$ моль и $n(NaOH) = 0,2$ моль.

Для реакции с $0,2$ моль $NaOH$ требуется $n(Cl_2) = \frac{1}{2} n(NaOH) = \frac{1}{2} \cdot 0,2 = 0,1$ моль. Так как у нас есть $0,2$ моль $Cl_2$, хлор находится в избытке. Расчет ведем по недостатку, то есть по $NaOH$.

4. Рассчитаем массы продуктов реакции и массу прореагировавшего хлора.

Количество прореагировавшего хлора:

$n_{реаг}(Cl_2) = 0,1 \text{ моль}$

Масса прореагировавшего хлора:

$m_{реаг}(Cl_2) = n_{реаг}(Cl_2) \cdot M(Cl_2) = 0,1 \text{ моль} \cdot 71 \text{ г/моль} = 7,1 \text{ г}$

Количество вещества образовавшегося хлорида натрия:

$n(NaCl) = \frac{5}{6} n(NaOH) = \frac{5}{6} \cdot 0,2 \text{ моль} = \frac{1}{6} \text{ моль}$

Масса хлорида натрия:

$m(NaCl) = n(NaCl) \cdot M(NaCl) = \frac{1}{6} \text{ моль} \cdot 58,5 \text{ г/моль} = 9,75 \text{ г}$

Количество вещества образовавшегося хлората натрия:

$n(NaClO_3) = \frac{1}{6} n(NaOH) = \frac{1}{6} \cdot 0,2 \text{ моль} = \frac{1}{30} \text{ моль}$

Масса хлората натрия:

$m(NaClO_3) = n(NaClO_3) \cdot M(NaClO_3) = \frac{1}{30} \text{ моль} \cdot 106,5 \text{ г/моль} = 3,55 \text{ г}$

5. Рассчитаем массу конечного раствора и массовые доли веществ в нем.

Масса конечного раствора складывается из массы исходного раствора щелочи и массы прореагировавшего хлора (кислород и избыток хлора улетучились):

$m_{конечн.р-ра} = m_{р-ра}(NaOH) + m_{реаг}(Cl_2) = 400 \text{ г} + 7,1 \text{ г} = 407,1 \text{ г}$

В конечном растворе содержатся $NaCl$, $NaClO_3$ и вода. Найдем их массовые доли.

$\omega(NaCl) = \frac{m(NaCl)}{m_{конечн.р-ра}} = \frac{9,75 \text{ г}}{407,1 \text{ г}} \approx 0,02395$ или $2,40\%$

$\omega(NaClO_3) = \frac{m(NaClO_3)}{m_{конечн.р-ра}} = \frac{3,55 \text{ г}}{407,1 \text{ г}} \approx 0,00872$ или $0,87\%$

Массовая доля воды:

$\omega(H_2O) = 1 - \omega(NaCl) - \omega(NaClO_3) = 1 - 0,02395 - 0,00872 = 0,96733$ или $96,73\%$

Ответ: Массовые доли веществ в полученном растворе: $\omega(NaCl) \approx 2,40\%$; $\omega(NaClO_3) \approx 0,87\%$; $\omega(H_2O) \approx 96,73\%$.