Номер 3, страница 59, часть 2 - гдз по химии 9 класс учебник Оспанова, Аухадиева

3*. Вычислите массу кремния, который может прореагировать с горячим раствором щелочи объемом 200 мл (массовая доля NaOH 35%, $\rho= 1,38\text{ г/мл}$). Определите объем водорода (н.у.), выделяющегося в результате этой реакции.

Ответ: 33,8 г; 54 л.

Дано:

$V_{р-ра}(NaOH) = 200 \text{ мл}$

$\omega(NaOH) = 35\%$

$\rho_{р-ра}(NaOH) = 1,38 \text{ г/мл}$

Условия: н. у. (нормальные условия)

$V_{р-ра}(NaOH) = 200 \text{ см}^3 = 0,0002 \text{ м}^3$

$\omega(NaOH) = 0,35$

$\rho_{р-ра}(NaOH) = 1,38 \text{ г/см}^3 = 1380 \text{ кг/м}^3$

Найти:

$m(Si) - ?$

$V(H_2) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции кремния с горячим водным раствором гидроксида натрия. Кремний, как амфотерный элемент, реагирует со щелочами с образованием силиката и выделением водорода.

$Si + 2NaOH + H_2o \rightarrow Na_2SiO_3 + 2H_2 \uparrow$

2. Для дальнейших расчетов необходимо определить массу чистого гидроксида натрия, вступившего в реакцию. Сначала найдем массу раствора $NaOH$, используя данные об объеме и плотности:

$m_{р-ра} = \rho_{р-ра} \cdot V_{р-ра} = 1,38 \text{ г/мл} \cdot 200 \text{ мл} = 276 \text{ г}$

3. Теперь, зная массу раствора и массовую долю $NaOH$, вычислим массу чистого вещества:

$m(NaOH) = m_{р-ра} \cdot \omega(NaOH) = 276 \text{ г} \cdot 0,35 = 96,6 \text{ г}$

4. Определим количество вещества (число молей) гидроксида натрия. Для этого нам понадобится молярная масса $NaOH$.

$M(NaOH) = M(Na) + M(O) + M(H) = 23 + 16 + 1 = 40 \text{ г/моль}$

Количество вещества $NaOH$ равно:

$n(NaOH) = \frac{m(NaOH)}{M(NaOH)} = \frac{96,6 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} = 2,415 \text{ моль}$

5. Используя уравнение реакции, найдем количество вещества кремния ($Si$), которое может прореагировать. Согласно стехиометрическим коэффициентам, соотношение $n(Si) : n(NaOH) = 1 : 2$.

$n(Si) = \frac{1}{2} \cdot n(NaOH) = \frac{1}{2} \cdot 2,415 \text{ моль} = 1,2075 \text{ моль}$

6. Теперь можно вычислить массу кремния. Молярная масса кремния $M(Si) = 28 \text{ г/моль}$.

$m(Si) = n(Si) \cdot M(Si) = 1,2075 \text{ моль} \cdot 28 \text{ г/моль} = 33,81 \text{ г}$

7. Далее определим объем выделившегося водорода ($H_2$). Из уравнения реакции следует, что соотношение $n(NaOH) : n(H_2) = 2 : 2$, то есть $1 : 1$.

$n(H_2) = n(NaOH) = 2,415 \text{ моль}$

8. Объем газа при нормальных условиях (н.у.) можно рассчитать, используя молярный объем, который составляет $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$.

$V(H_2) = n(H_2) \cdot V_m = 2,415 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 54,096 \text{ л}$

Округляя полученные результаты до значений, указанных в ответе к задаче, получаем: $m(Si) \approx 33,8 \text{ г}$ и $V(H_2) \approx 54 \text{ л}$.

Ответ: масса кремния, который может прореагировать, составляет 33,8 г; объем выделившегося водорода (н.у.) равен 54 л.