Номер 42, 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 42, страница 54.

Условие.

42. Рассчитайте массу соли и объём газа (н. у.), образовавшихся при разложении 17 г соли, окрашивающей пламя горелки в жёлтый цвет и содержащей 27,06 % металла, 16,47 % азота и 56,47 % кислорода. Какая масса бертолетовой соли потребуется для получения такого же количества газа?

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(\text{исх. соли}) = 17$ г

$\omega(\text{Ме}) = 27,06\%$

$\omega(\text{N}) = 16,47\%$

$\omega(\text{O}) = 56,47\%$

Соль окрашивает пламя горелки в жёлтый цвет.

$m(\text{исх. соли}) = 0,017$ кг

Найти:

$m(\text{соли продукта}) - ?$

$V(\text{газа}) - ?$

$m(\text{бертолетовой соли}) - ?$

Решение:

1. Расчет массы соли и объема газа, образовавшихся при разложении.

Сначала определим формулу неизвестной соли. Условие, что соль окрашивает пламя в жёлтый цвет, указывает на то, что катионом в соли является ион натрия ($Na^+$). Проверим это предположение расчетом.

Предположим, у нас есть 100 г соли. Тогда массы элементов в ней составляют:

$m(Na) = 27,06$ г

$m(N) = 16,47$ г

$m(O) = 56,47$ г

Найдем соотношение количеств вещества (в молях) элементов в соли, используя их молярные массы: $M(Na) = 23$ г/моль, $M(N) = 14$ г/моль, $M(O) = 16$ г/моль.

$n(Na) = \frac{m(Na)}{M(Na)} = \frac{27,06 \text{ г}}{23 \text{ г/моль}} \approx 1,1765$ моль

$n(N) = \frac{m(N)}{M(N)} = \frac{16,47 \text{ г}}{14 \text{ г/моль}} \approx 1,1764$ моль

$n(O) = \frac{m(O)}{M(O)} = \frac{56,47 \text{ г}}{16 \text{ г/моль}} \approx 3,5294$ моль

Найдем простейшее целочисленное соотношение, разделив количества вещества на наименьшее из них (1,1764):

$Na : N : O = \frac{1,1765}{1,1764} : \frac{1,1764}{1,1764} : \frac{3,5294}{1,1764} \approx 1 : 1 : 3$

Следовательно, простейшая формула соли — $NaNO_3$ (нитрат натрия). Молярная масса нитрата натрия: $M(NaNO_3) = 23 + 14 + 3 \cdot 16 = 85$ г/моль.

Нитраты активных металлов (включая натрий) при нагревании разлагаются на нитрит и кислород. Запишем уравнение реакции:

$2NaNO_3 \xrightarrow{t} 2NaNO_2 + O_2 \uparrow$

Из уравнения видно, что образующаяся соль — это нитрит натрия ($NaNO_2$), а газ — кислород ($O_2$).

Рассчитаем количество вещества исходной соли (нитрата натрия) массой 17 г:

$n(NaNO_3) = \frac{m(NaNO_3)}{M(NaNO_3)} = \frac{17 \text{ г}}{85 \text{ г/моль}} = 0,2$ моль

По уравнению реакции, из 2 моль $NaNO_3$ образуется 2 моль $NaNO_2$ и 1 моль $O_2$. Следовательно:

$n(NaNO_2) = n(NaNO_3) = 0,2$ моль

$n(O_2) = \frac{1}{2} n(NaNO_3) = \frac{1}{2} \cdot 0,2 \text{ моль} = 0,1$ моль

Теперь рассчитаем массу образовавшейся соли ($NaNO_2$) и объем газа ($O_2$) при нормальных условиях (н.у.), где молярный объем газа $V_m = 22,4$ л/моль.

Молярная масса нитрита натрия: $M(NaNO_2) = 23 + 14 + 2 \cdot 16 = 69$ г/моль.

$m(NaNO_2) = n(NaNO_2) \cdot M(NaNO_2) = 0,2 \text{ моль} \cdot 69 \text{ г/моль} = 13,8$ г

$V(O_2) = n(O_2) \cdot V_m = 0,1 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 2,24$ л

Ответ: масса образовавшейся соли ($NaNO_2$) составляет 13,8 г, объем выделившегося газа ($O_2$) при н.у. — 2,24 л.

2. Расчет массы бертолетовой соли.

Бертолетова соль — это хлорат калия ($KClO_3$). Необходимо рассчитать, какая масса этой соли потребуется для получения такого же количества газа (кислорода), то есть $n(O_2) = 0,1$ моль.

Запишем уравнение реакции разложения бертолетовой соли:

$2KClO_3 \xrightarrow{t, MnO_2} 2KCl + 3O_2 \uparrow$

Из уравнения реакции следует, что для получения 3 моль $O_2$ требуется 2 моль $KClO_3$. Найдем количество вещества $KClO_3$, необходимое для получения 0,1 моль $O_2$:

$n(KClO_3) = \frac{2}{3} n(O_2) = \frac{2}{3} \cdot 0,1 \text{ моль} = \frac{0,2}{3}$ моль

Рассчитаем массу этого количества $KClO_3$. Молярная масса хлората калия: $M(KClO_3) = 39 + 35,5 + 3 \cdot 16 = 122,5$ г/моль.

$m(KClO_3) = n(KClO_3) \cdot M(KClO_3) = \frac{0,2}{3} \text{ моль} \cdot 122,5 \text{ г/моль} \approx 8,17$ г

Ответ: для получения такого же количества газа потребуется 8,17 г бертолетовой соли.