Номер 44, страница 55 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

Упражнения и задачи для самостоятельного решения. 6. Галогены и их соединения - номер 44, страница 55.

Условие.

44. Через 800 г 10 %-ного водного раствора хлорида натрия пропустили электрический ток. После окончания процесса электролиза соли весь выделившийся хлор поглотили горячим раствором, образовавшимся в результате электролиза. Найдите массовые доли веществ, содержащихся в растворе после поглощения газа.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(\text{раствора } NaCl) = 800 \text{ г}$
$\omega(NaCl) = 10\% = 0.1$

Найти:

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

Решение:

1. Определим массу и количество вещества хлорида натрия и воды в исходном растворе. Для расчетов будем использовать следующие молярные массы: $M(NaCl) = 58.5 \text{ г/моль}$, $M(H_2O) = 18 \text{ г/моль}$, $M(NaOH) = 40 \text{ г/моль}$, $M(H_2) = 2 \text{ г/моль}$, $M(Cl_2) = 71 \text{ г/моль}$, $M(NaClO_3) = 106.5 \text{ г/моль}$.

Масса хлорида натрия в исходном растворе:

$m(NaCl) = m(\text{раствора}) \cdot \omega(NaCl) = 800 \text{ г} \cdot 0.1 = 80 \text{ г}$

Количество вещества хлорида натрия:

$n(NaCl) = \frac{m(NaCl)}{M(NaCl)} = \frac{80 \text{ г}}{58.5 \text{ г/моль}} \approx 1.3675 \text{ моль}$

Масса воды в исходном растворе:

$m(H_2O)_{\text{исх.}} = m(\text{раствора}) - m(NaCl) = 800 \text{ г} - 80 \text{ г} = 720 \text{ г}$

2. Процесс электролиза водного раствора хлорида натрия описывается уравнением:

$2NaCl + 2H_2O \xrightarrow{\text{электролиз}} 2NaOH + H_2\uparrow + Cl_2\uparrow$

Согласно условию задачи, электролиз соли был проведен до конца, что означает, что весь $NaCl$ прореагировал. На основе стехиометрии реакции рассчитаем количество веществ, которые образовались в результате электролиза:

Количество образовавшегося гидроксида натрия:

$n(NaOH) = n(NaCl) = 1.3675 \text{ моль}$

Количество выделившегося водорода:

$n(H_2) = \frac{1}{2} n(NaCl) = \frac{1.3675}{2} = 0.68375 \text{ моль}$

Количество выделившегося хлора:

$n(Cl_2) = \frac{1}{2} n(NaCl) = \frac{1.3675}{2} = 0.68375 \text{ моль}$

3. Далее, весь выделившийся хлор поглотили горячим раствором, образовавшимся в результате электролиза. Этот раствор содержит гидроксид натрия. Реакция хлора с горячим раствором щелочи является реакцией диспропорционирования:

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

Проверим соотношение реагентов, полученных на первом этапе:

$\frac{n(NaOH)}{n(Cl_2)} = \frac{1.3675 \text{ моль}}{0.68375 \text{ моль}} = 2$

Стехиометрическое соотношение по уравнению реакции также равно $\frac{6}{3}=2$. Следовательно, реагенты ($NaOH$ и $Cl_2$) вступают в реакцию полностью, не оставляя избытка.

4. Рассчитаем количество веществ, образовавшихся в ходе второй реакции:

Количество образовавшегося хлорида натрия:

$n(NaCl)_{\text{конечн.}} = \frac{5}{3} n(Cl_2) = \frac{5}{3} \cdot 0.68375 \text{ моль} \approx 1.1396 \text{ моль}$

Количество образовавшегося хлората натрия:

$n(NaClO_3) = \frac{1}{3} n(Cl_2) = \frac{1}{3} \cdot 0.68375 \text{ моль} \approx 0.2279 \text{ моль}$

5. Определим массу конечного раствора. Изначально масса раствора составляла 800 г. В процессе электролиза из раствора выделились газы - водород ($H_2$) и хлор ($Cl_2$). Затем весь хлор был поглощен обратно раствором. Таким образом, итоговое уменьшение массы раствора равно массе выделившегося водорода.

Масса выделившегося водорода:

$m(H_2) = n(H_2) \cdot M(H_2) = 0.68375 \text{ моль} \cdot 2 \text{ г/моль} = 1.3675 \text{ г}$

Масса конечного раствора:

$m(\text{раствора})_{\text{конечн.}} = m(\text{раствора})_{\text{исх.}} - m(H_2) = 800 \text{ г} - 1.3675 \text{ г} = 798.6325 \text{ г}$

6. Теперь найдем массы веществ в конечном растворе для расчета их массовых долей.

Масса хлорида натрия ($NaCl$) в конечном растворе:

$m(NaCl)_{\text{конечн.}} = n(NaCl)_{\text{конечн.}} \cdot M(NaCl) = 1.1396 \text{ моль} \cdot 58.5 \text{ г/моль} \approx 66.67 \text{ г}$

Масса хлората натрия ($NaClO_3$) в конечном растворе:

$m(NaClO_3) = n(NaClO_3) \cdot M(NaClO_3) = 0.2279 \text{ моль} \cdot 106.5 \text{ г/моль} \approx 24.27 \text{ г}$

7. Рассчитаем массовые доли веществ в конечном растворе.

Массовая доля хлорида натрия:

$\omega(NaCl) = \frac{m(NaCl)_{\text{конечн.}}}{m(\text{раствора})_{\text{конечн.}}} = \frac{66.67 \text{ г}}{798.6325 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 8.35\%$

Массовая доля хлората натрия:

$\omega(NaClO_3) = \frac{m(NaClO_3)}{m(\text{раствора})_{\text{конечн.}}} = \frac{24.27 \text{ г}}{798.6325 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 3.04\%$

Остальное в растворе — вода. Ее массовую долю можно найти по остаточному принципу:

$\omega(H_2O) = 100\% - \omega(NaCl) - \omega(NaClO_3) = 100\% - 8.35\% - 3.04\% = 88.61\%$

Ответ: Массовые доли веществ в конечном растворе: хлорид натрия ($NaCl$) - $8.35\%$; хлорат натрия ($NaClO_3$) - $3.04\%$; вода ($H_2O$) - $88.61\%$.