Номер 27, страница 105 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

10. Металлы. Упражнения и задачи для самостоятельного решения - номер 27, страница 105.

Условие.

27. При электролизе 400 г 20 %-ного раствора хлорида калия получен раствор гидроксида калия. Через этот раствор пропустили избыток углекислого газа. Найдите массу соли, образовавшейся в растворе, если выход продуктов описанных реакций составляет соответственно 80 и 75 % от теоретически возможного.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m_{раствора}(KCl) = 400 \, г = 0.4 \, кг$

$w(KCl) = 20 \% = 0.20$

$\eta_1 = 80 \% = 0.80$

$\eta_2 = 75 \% = 0.75$

Найти:

$m_{соли}$ — ?

Решение:

Процесс состоит из двух последовательных химических реакций. Решим задачу пошагово.

1. Первая стадия — электролиз водного раствора хлорида калия. В результате реакции образуется гидроксид калия, а также выделяются газообразные водород и хлор. Уравнение реакции:

$2KCl + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2KOH + H_2 \uparrow + Cl_2 \uparrow$

Найдем массу чистого хлорида калия в исходном 20%-ном растворе:

$m(KCl) = m_{раствора}(KCl) \times w(KCl) = 400 \, г \times 0.20 = 80 \, г$

Рассчитаем молярную массу хлорида калия ($KCl$):

$M(KCl) = 39.1 + 35.5 = 74.6 \, г/моль$ (используем более точное значение для калия)

Теперь найдем количество вещества хлорида калия:

$n(KCl) = \frac{m(KCl)}{M(KCl)} = \frac{80 \, г}{74.6 \, г/моль} \approx 1.0724 \, моль$

Согласно стехиометрии уравнения реакции, из 2 моль $KCl$ образуется 2 моль $KOH$. Следовательно, их количества вещества соотносятся как 1:1. Таким образом, теоретически возможное количество вещества гидроксида калия равно:

$n_{теор}(KOH) = n(KCl) \approx 1.0724 \, моль$

Практический выход продукта первой реакции составляет $\eta_1 = 80\%$. Найдем практическое количество вещества полученного гидроксида калия:

$n_{практ}(KOH) = n_{теор}(KOH) \times \eta_1 = 1.0724 \, моль \times 0.80 \approx 0.8579 \, моль$

2. Вторая стадия — пропускание избытка углекислого газа через полученный раствор гидроксида калия. При взаимодействии щелочи с избытком кислотного оксида ($CO_2$) образуется кислая соль — гидрокарбонат калия ($KHCO_3$).

$KOH + CO_2 (\text{избыток}) \rightarrow KHCO_3$

Из уравнения реакции видно, что из 1 моль $KOH$ образуется 1 моль $KHCO_3$. Следовательно, теоретически возможное количество вещества гидрокарбоната калия равно практическому количеству вещества гидроксида калия, полученного на первой стадии:

$n_{теор}(KHCO_3) = n_{практ}(KOH) \approx 0.8579 \, моль$

Выход продукта второй реакции составляет $\eta_2 = 75\%$. Найдем практическое количество вещества образовавшейся соли:

$n_{практ}(KHCO_3) = n_{теор}(KHCO_3) \times \eta_2 = 0.8579 \, моль \times 0.75 \approx 0.6434 \, моль$

Для нахождения массы конечного продукта (соли) рассчитаем молярную массу гидрокарбоната калия ($KHCO_3$):

$M(KHCO_3) = 39.1 + 1 + 12 + 3 \times 16 = 100.1 \, г/моль$

Наконец, рассчитаем массу образовавшегося гидрокарбоната калия:

$m(KHCO_3) = n_{практ}(KHCO_3) \times M(KHCO_3) = 0.6434 \, моль \times 100.1 \, г/моль \approx 64.40 \, г$

Ответ: масса образовавшейся соли составляет 64,4 г.