Номер 5, страница 99, часть 1 - гдз по химии 9 класс учебник Оспанова, Аухадиева

5. Углекислый газ, образовавшийся при сжигании 15 г угля, содержащего 20% негорючих примесей, пропущен через 480 г 10%-ного раствора гидроксида натрия. Рассчитайте массы и массовые доли образовавшихся в растворе солей.

Ответ: 67,2 г и 12,82% $NaHCO_3$; 21,2 г и 4,04% $Na_2CO_3$.

Дано:

$m(\text{угля}) = 15$ г

$\omega(\text{примесей}) = 20\% = 0.2$

$m(\text{р-ра } NaOH) = 480$ г

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

Найти:

$m(Na_2CO_3) - ?$

$\omega(Na_2CO_3) - ?$

$m(NaHCO_3) - ?$

$\omega(NaHCO_3) - ?$

Решение:

1. Найдем массу чистого углерода (C) в угле и его количество вещества. Предполагаем, что уголь состоит из углерода и негорючих примесей.

Массовая доля углерода в угле: $\omega(C) = 100\% - 20\% = 80\% = 0.8$

Масса углерода: $m(C) = m(\text{угля}) \times \omega(C) = 15 \text{ г} \times 0.8 = 12 \text{ г}$

Молярная масса углерода $M(C) = 12$ г/моль.

Количество вещества углерода: $n(C) = \frac{m(C)}{M(C)} = \frac{12 \text{ г}}{12 \text{ г/моль}} = 1 \text{ моль}$

2. Составим уравнение реакции горения углерода и найдем количество вещества и массу образовавшегося углекислого газа ($CO_2$).

Реакция горения: $C + O_2 \rightarrow CO_2$

Согласно уравнению реакции, из 1 моль углерода образуется 1 моль углекислого газа. Следовательно:

$n(CO_2) = n(C) = 1 \text{ моль}$

Молярная масса углекислого газа: $M(CO_2) = 12 + 2 \times 16 = 44$ г/моль.

Масса образовавшегося углекислого газа: $m(CO_2) = n(CO_2) \times M(CO_2) = 1 \text{ моль} \times 44 \text{ г/моль} = 44 \text{ г}$

3. Рассчитаем массу и количество вещества гидроксида натрия (NaOH) в исходном растворе.

Масса чистого NaOH: $m(NaOH) = m(\text{р-ра } NaOH) \times \omega(NaOH) = 480 \text{ г} \times 0.1 = 48 \text{ г}$

Молярная масса NaOH: $M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40$ г/моль.

Количество вещества NaOH: $n(NaOH) = \frac{m(NaOH)}{M(NaOH)} = \frac{48 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} = 1.2 \text{ моль}$

4. Определим продукты реакции между $CO_2$ и $NaOH$. В зависимости от соотношения реагентов могут образовываться карбонат натрия ($Na_2CO_3$) или гидрокарбонат натрия ($NaHCO_3$), или их смесь.

Возможные реакции:

$CO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$ (соотношение $n(NaOH)/n(CO_2) = 2$)

$CO_2 + NaOH \rightarrow NaHCO_3$ (соотношение $n(NaOH)/n(CO_2) = 1$)

Найдем фактическое соотношение реагентов: $\frac{n(NaOH)}{n(CO_2)} = \frac{1.2 \text{ моль}}{1 \text{ моль}} = 1.2$

Поскольку $1 < 1.2 < 2$, в результате реакции образуется смесь двух солей: карбоната и гидрокарбоната натрия.

5. Рассчитаем количества веществ образовавшихся солей. Можно представить процесс как протекание двух последовательных реакций:

Сначала весь гидроксид натрия реагирует с углекислым газом с образованием карбоната натрия:

$CO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$

Из 1.2 моль NaOH образуется $1.2 / 2 = 0.6$ моль $Na_2CO_3$. На это затрачивается 0.6 моль $CO_2$.

Остаток $CO_2$ составляет: $1 \text{ моль} - 0.6 \text{ моль} = 0.4 \text{ моль}$.

Затем оставшийся углекислый газ реагирует с образовавшимся карбонатом натрия:

$Na_2CO_3 + CO_2 + H_2o \rightarrow 2NaHCO_3$

В реакцию вступает 0.4 моль $CO_2$ и 0.4 моль $Na_2CO_3$, образуя $2 \times 0.4 = 0.8$ моль $NaHCO_3$.

Конечное количество $Na_2CO_3$ в растворе: $0.6 \text{ моль} - 0.4 \text{ моль} = 0.2 \text{ моль}$.

Конечное количество $NaHCO_3$ в растворе: $0.8 \text{ моль}$.

6. Рассчитаем массы образовавшихся солей.

Молярная масса $Na_2CO_3$: $M(Na_2CO_3) = 2 \times 23 + 12 + 3 \times 16 = 106$ г/моль.

Масса $Na_2CO_3$: $m(Na_2CO_3) = n(Na_2CO_3) \times M(Na_2CO_3) = 0.2 \text{ моль} \times 106 \text{ г/моль} = 21.2 \text{ г}$

Молярная масса $NaHCO_3$: $M(NaHCO_3) = 23 + 1 + 12 + 3 \times 16 = 84$ г/моль.

Масса $NaHCO_3$: $m(NaHCO_3) = n(NaHCO_3) \times M(NaHCO_3) = 0.8 \text{ моль} \times 84 \text{ г/моль} = 67.2 \text{ г}$

7. Рассчитаем массовые доли солей в конечном растворе.

Масса конечного раствора складывается из массы исходного раствора NaOH и массы поглощенного $CO_2$:

$m(\text{конечн. р-ра}) = m(\text{р-ра } NaOH) + m(CO_2) = 480 \text{ г} + 44 \text{ г} = 524 \text{ г}$

Массовая доля $NaHCO_3$:

$\omega(NaHCO_3) = \frac{m(NaHCO_3)}{m(\text{конечн. р-ра})} \times 100\% = \frac{67.2 \text{ г}}{524 \text{ г}} \times 100\% \approx 12.82\%$

Массовая доля $Na_2CO_3$:

$\omega(Na_2CO_3) = \frac{m(Na_2CO_3)}{m(\text{конечн. р-ра})} \times 100\% = \frac{21.2 \text{ г}}{524 \text{ г}} \times 100\% \approx 4.04\%$

Ответ: В растворе образовалось 67,2 г гидрокарбоната натрия ($NaHCO_3$), что составляет 12,82% от массы конечного раствора, и 21,2 г карбоната натрия ($Na_2CO_3$), что составляет 4,04% от массы конечного раствора.