Номер 24, страница 89 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

9. Углерод, кремний и их соединения. Упражнения и задачи для самостоятельного решения - номер 24, страница 89.

Условие.

24. Газ, полученный при действии соляной кислоты на 15 г карбоната кальция, пропустили через 300 г $0,1\%$-ного раствора гидроксида кальция. Рассчитайте массу образовавшейся соли.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(CaCO_3) = 15 \text{ г}$

$m(\text{раствора } Ca(OH)_2) = 300 \text{ г}$

$\omega(Ca(OH)_2) = 0,1\% = 0.001$

Найти:

$m(\text{соли}) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции получения газа (углекислого газа) при действии соляной кислоты на карбонат кальция:

$CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2\uparrow$

2. Рассчитаем количество вещества (моль) карбоната кальция, вступившего в реакцию, а затем и количество вещества полученного углекислого газа. Для этого нам понадобится молярная масса карбоната кальция:

$M(CaCO_3) = 40 + 12 + 3 \cdot 16 = 100 \text{ г/моль}$

Теперь найдем количество вещества $CaCO_3$:

$n(CaCO_3) = \frac{m(CaCO_3)}{M(CaCO_3)} = \frac{15 \text{ г}}{100 \text{ г/моль}} = 0.15 \text{ моль}$

Согласно стехиометрии уравнения реакции, количество вещества выделившегося углекислого газа равно количеству вещества карбоната кальция:

$n(CO_2) = n(CaCO_3) = 0.15 \text{ моль}$

3. Рассчитаем массу и количество вещества гидроксида кальция, содержащегося в растворе. Молярная масса $Ca(OH)_2$ составляет:

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

Масса чистого вещества $Ca(OH)_2$ в растворе:

$m(Ca(OH)_2) = m(\text{раствора}) \cdot \omega(Ca(OH)_2) = 300 \text{ г} \cdot 0.001 = 0.3 \text{ г}$

Количество вещества $Ca(OH)_2$:

$n(Ca(OH)_2) = \frac{m(Ca(OH)_2)}{M(Ca(OH)_2)} = \frac{0.3 \text{ г}}{74 \text{ г/моль}} \approx 0.004054 \text{ моль}$

4. Определим, какая соль и в каком количестве образуется при пропускании углекислого газа через раствор гидроксида кальция. Для этого сравним количество вещества реагентов: $n(CO_2) = 0.15 \text{ моль}$ и $n(Ca(OH)_2) \approx 0.004054 \text{ моль}$.

Поскольку $n(CO_2) > n(Ca(OH)_2)$, углекислый газ находится в значительном избытке. Взаимодействие будет протекать в две стадии.

Сначала весь гидроксид кальция прореагирует с углекислым газом с образованием нерастворимой средней соли — карбоната кальция:

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

На эту реакцию расходуется $0.004054$ моль $Ca(OH)_2$ и $0.004054$ моль $CO_2$, при этом образуется $0.004054$ моль $CaCO_3$.

Затем избыток углекислого газа будет реагировать с образовавшимся осадком карбоната кальция, переводя его в растворимую кислую соль — гидрокарбонат кальция:

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

Количество оставшегося углекислого газа: $n_{ост}(CO_2) = 0.15 - 0.004054 = 0.145946 \text{ моль}$.

Для реакции с $0.004054$ моль $CaCO_3$ (согласно второму уравнению) требуется $0.004054$ моль $CO_2$. Так как оставшегося углекислого газа ($0.145946$ моль) больше, чем требуется ($0.004054$ моль), весь образовавшийся карбонат кальция полностью прореагирует. Таким образом, единственной солью в конечном растворе будет гидрокарбонат кальция $Ca(HCO_3)_2$.

5. Рассчитаем массу образовавшегося гидрокарбоната кальция. Его количество вещества равно исходному количеству вещества гидроксида кальция:

$n(Ca(HCO_3)_2) = n(Ca(OH)_2) = \frac{0.3}{74} \text{ моль}$

Молярная масса $Ca(HCO_3)_2$:

$M(Ca(HCO_3)_2) = 40 + 2 \cdot (1 + 12 + 3 \cdot 16) = 162 \text{ г/моль}$

Масса образовавшейся соли:

$m(Ca(HCO_3)_2) = n(Ca(HCO_3)_2) \cdot M(Ca(HCO_3)_2) = \frac{0.3}{74} \text{ моль} \cdot 162 \text{ г/моль} \approx 0.657 \text{ г}$

Ответ: масса образовавшейся соли (гидрокарбоната кальция) составляет 0,657 г.