Номер 50, страница 92 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

Упражнения и задачи для самостоятельного решения. 9. Углерод, кремний и их соединения - номер 50, страница 92.

Условие.

50. На смесь массой $20,16 \text{ г}$, содержащую по $50 \%$ графита и кремния, подействовали концентрированным раствором гидроксида натрия. Какой объём водорода (н.у.) выделится при этом? Какой объём $50 \%$-ного раствора щёлочи (плотность $1,525 \text{ г/мл}$) необходимо затратить для полного растворения данного образца смеси?

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(смеси) = 20,16$ г
$\omega(C) = 50\%$
$\omega(Si) = 50\%$
$\omega(р-ра~NaOH) = 50\%$
$\rho(р-ра~NaOH) = 1,525$ г/мл
Условия - нормальные (н.у.)

Найти:

$V(H_2)$ - ?
$V(р-ра~NaOH)$ - ?

Решение:

В данной смеси на концентрированный раствор гидроксида натрия будет действовать только кремний. Графит (углерод) в этих условиях с раствором щелочи не реагирует. Реакция кремния с водным раствором гидроксида натрия протекает по следующему уравнению:

$Si + 2NaOH + H_2O \rightarrow Na_2SiO_3 + 2H_2\uparrow$

Сначала рассчитаем массу кремния в исходной смеси:

$m(Si) = m(смеси) \times \omega(Si) = 20,16~\text{г} \times 0,50 = 10,08~\text{г}$

Теперь найдем количество вещества кремния, вступившего в реакцию. Молярная масса кремния $M(Si) = 28$ г/моль.

$n(Si) = \frac{m(Si)}{M(Si)} = \frac{10,08~\text{г}}{28~\text{г/моль}} = 0,36~\text{моль}$

Какой объём водорода (н.у.) выделится при этом?

Из уравнения реакции видно, что при растворении 1 моль кремния выделяется 2 моль водорода. Найдем количество вещества выделившегося водорода:

$n(H_2) = 2 \times n(Si) = 2 \times 0,36~\text{моль} = 0,72~\text{моль}$

Объём водорода при нормальных условиях (н.у.) можно рассчитать, зная, что молярный объём газа $V_m$ при н.у. равен 22,4 л/моль:

$V(H_2) = n(H_2) \times V_m = 0,72~\text{моль} \times 22,4~\text{л/моль} = 16,128~\text{л}$

Ответ: Объём выделившегося водорода составляет 16,128 л.

Какой объём 50 %-ного раствора щёлочи (плотность 1,525 г/мл) необходимо затратить для полного растворения данного образца смеси?

Полное растворение образца означает, что весь кремний должен прореагировать. Согласно уравнению реакции, на 1 моль кремния расходуется 2 моль гидроксида натрия:

$n(NaOH) = 2 \times n(Si) = 2 \times 0,36~\text{моль} = 0,72~\text{моль}$

Рассчитаем массу чистого гидроксида натрия. Молярная масса $M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40$ г/моль.

$m(NaOH) = n(NaOH) \times M(NaOH) = 0,72~\text{моль} \times 40~\text{г/моль} = 28,8~\text{г}$

Эта масса гидроксида натрия содержится в 50%-ном растворе. Найдем массу этого раствора:

$m(р-ра~NaOH) = \frac{m(NaOH)}{\omega(NaOH)} = \frac{28,8~\text{г}}{0,50} = 57,6~\text{г}$

Зная массу и плотность раствора, найдем его объём:

$V(р-ра~NaOH) = \frac{m(р-ра~NaOH)}{\rho(р-ра~NaOH)} = \frac{57,6~\text{г}}{1,525~\text{г/мл}} \approx 37,77~\text{мл}$

Ответ: Необходимо затратить 37,77 мл 50%-ного раствора щелочи.