Номер 3, страница 157, часть 2 - гдз по химии 9 класс учебник Оспанова, Аухадиева

3. К раствору уксусной кислоты массой 40 г добавили избыток карбоната натрия. В результате образовалось 2,24 л (н.у.) $CO_2$. Определите массовую долю уксусной кислоты в исходном растворе.

Ответ: 15%.

Дано:

$m_{р-ра}(CH_3COOH) = 40$ г

$V(CO_2) = 2,24$ л (н.у.)

$V_m = 22,4$ л/моль

Найти:

$\omega(CH_3COOH)$ - ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции между уксусной кислотой и карбонатом натрия. Поскольку карбонат натрия добавлен в избытке, вся уксусная кислота в растворе прореагирует.

$2CH_3COOH + Na_2CO_3 \rightarrow 2CH_3COONa + H_2o + CO_2 \uparrow$

2. Найдем количество вещества (в молях) углекислого газа ($CO_2$), который образовался в ходе реакции. При нормальных условиях (н.у.) 1 моль любого газа занимает объем 22,4 л.

$n(CO_2) = \frac{V(CO_2)}{V_m} = \frac{2,24 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

3. По уравнению реакции определим количество вещества уксусной кислоты ($CH_3COOH$), которое прореагировало. Стехиометрическое соотношение между уксусной кислотой и углекислым газом составляет 2:1.

$n(CH_3COOH) = 2 \cdot n(CO_2) = 2 \cdot 0,1 \text{ моль} = 0,2 \text{ моль}$

4. Рассчитаем молярную массу уксусной кислоты ($CH_3COOH$).

$M(CH_3COOH) = 2 \cdot A_r(C) + 4 \cdot A_r(H) + 2 \cdot A_r(O) = 2 \cdot 12 + 4 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 60$ г/моль

5. Найдем массу уксусной кислоты, содержавшуюся в исходном растворе.

$m(CH_3COOH) = n(CH_3COOH) \cdot M(CH_3COOH) = 0,2 \text{ моль} \cdot 60 \text{ г/моль} = 12$ г

6. Определим массовую долю уксусной кислоты в исходном растворе. Массовая доля ($\omega$) вычисляется как отношение массы растворенного вещества к массе всего раствора и умножается на 100%.

$\omega(CH_3COOH) = \frac{m(CH_3COOH)}{m_{р-ра}} \cdot 100\% = \frac{12 \text{ г}}{40 \text{ г}} \cdot 100\% = 0,3 \cdot 100\% = 30\%$

Примечание: Ответ, указанный в условии (15%), мог быть получен при неверном предположении о стехиометрическом соотношении 1:1 между уксусной кислотой и $CO_2$, что соответствует реакции с гидрокарбонатом натрия ($NaHCO_3$), а не с карбонатом натрия ($Na_2CO_3$), который указан в задаче. Корректный расчет по данным условия дает 30%.

Ответ: 30%.