Номер 17, страница 103 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

Упражнения и задачи для самостоятельного решения. 10. Металлы - номер 17, страница 103.

Условие.

17. Через 800 г 10%-ного водного раствора хлорида натрия пропустили ток. После окончания процесса электролиза соли весь выделившийся на аноде газ поглотили горячим раствором, получившимся в результате электролиза. Рассчитайте массовые доли веществ, содержащихся в растворе после поглощения газа.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m_{р-ра}(NaCl) = 800 \text{ г}$

$\omega(NaCl) = 10\% = 0.1$

Найти:

$\omega_{конечн}(NaCl) - ?$

$\omega_{конечн}(NaClO_3) - ?$

$\omega_{конечн}(H_2O) - ?$

Решение:

1. Найдем массу и количество вещества хлорида натрия в исходном растворе.

$m(NaCl) = m_{р-ра} \times \omega(NaCl) = 800 \text{ г} \times 0.1 = 80 \text{ г}$

Молярная масса хлорида натрия:

$M(NaCl) = 23 + 35.5 = 58.5 \text{ г/моль}$

Количество вещества хлорида натрия:

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

2. Запишем уравнение реакции электролиза водного раствора хлорида натрия. По условию, вся соль подверглась электролизу.

$2NaCl + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2NaOH + H_2\uparrow \text{(катод)} + Cl_2\uparrow \text{(анод)}$

Из уравнения реакции следует, что:

$n(NaOH) = n(NaCl) = \frac{80}{58.5} \text{ моль}$

$n(H_2) = \frac{1}{2} n(NaCl) = \frac{1}{2} \times \frac{80}{58.5} = \frac{40}{58.5} \text{ моль}$

$n(Cl_2) = \frac{1}{2} n(NaCl) = \frac{1}{2} \times \frac{80}{58.5} = \frac{40}{58.5} \text{ моль}$

3. Выделившийся на аноде газ (хлор) поглотили горячим раствором, оставшимся после электролиза (раствор гидроксида натрия). Происходит реакция диспропорционирования хлора в горячей щелочи:

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

Проверим соотношение реагентов:

$\frac{n(Cl_2)}{n(NaOH)} = \frac{40/58.5}{80/58.5} = \frac{1}{2}$

Стехиометрическое соотношение по уравнению реакции также $\frac{3}{6} = \frac{1}{2}$. Следовательно, хлор и гидроксид натрия прореагировали полностью.

4. Рассчитаем количество вещества продуктов реакции:

$n_{конечн}(NaCl) = \frac{5}{3} n(Cl_2) = \frac{5}{3} \times \frac{40}{58.5} = \frac{200}{175.5} = \frac{400}{351} \text{ моль}$

$n(NaClO_3) = \frac{1}{3} n(Cl_2) = \frac{1}{3} \times \frac{40}{58.5} = \frac{40}{175.5} = \frac{80}{351} \text{ моль}$

5. Найдем массы веществ в конечном растворе.

$m_{конечн}(NaCl) = n_{конечн}(NaCl) \times M(NaCl) = \frac{400}{351} \text{ моль} \times 58.5 \text{ г/моль} = \frac{23400}{351} = \frac{200}{3} \approx 66.67 \text{ г}$

Молярная масса хлората натрия:

$M(NaClO_3) = 23 + 35.5 + 3 \times 16 = 106.5 \text{ г/моль}$

$m(NaClO_3) = n(NaClO_3) \times M(NaClO_3) = \frac{80}{351} \text{ моль} \times 106.5 \text{ г/моль} = \frac{8520}{351} \approx 24.27 \text{ г}$

6. Рассчитаем массу конечного раствора. Она равна массе исходного раствора за вычетом массы газов, покинувших систему. Газ хлор был поглощен обратно в раствор, а водород улетучился.

$m(H_2) = n(H_2) \times M(H_2) = \frac{40}{58.5} \text{ моль} \times 2 \text{ г/моль} = \frac{80}{58.5} \text{ г}$

$m_{р-ра \ конечн} = m_{р-ра \ исх} - m(H_2) = 800 - \frac{80}{58.5} = \frac{800 \times 58.5 - 80}{58.5} = \frac{46720}{58.5} \approx 798.63 \text{ г}$

7. Рассчитаем массовые доли веществ в конечном растворе.

$\omega_{конечн}(NaCl) = \frac{m_{конечн}(NaCl)}{m_{р-ра \ конечн}} = \frac{200/3}{46720/58.5} = \frac{200 \times 58.5}{3 \times 46720} = \frac{11700}{140160} \approx 0.08348$

$\omega(NaClO_3) = \frac{m(NaClO_3)}{m_{р-ра \ конечн}} = \frac{8520/351}{46720/58.5} = \frac{8520 \times 58.5}{351 \times 46720} = \frac{498420}{16398720} \approx 0.03039$

Массовая доля воды:

$\omega(H_2O) = 1 - \omega_{конечн}(NaCl) - \omega(NaClO_3) = 1 - 0.08348 - 0.03039 = 0.88613$

Ответ:

Массовая доля хлорида натрия $NaCl$ в конечном растворе составляет $8.35\%$.

Массовая доля хлората натрия $NaClO_3$ составляет $3.04\%$.

Массовая доля воды $H_2O$ составляет $88.61\%$.