Номер 6, страница 155 - гдз по химии 9 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Глава 7. Металлы. Параграф 43. Щелочные металлы. Подумай, ответь, выполни... - номер 6, страница 155.

Условие.

6. Определите, какая соль получится, и рассчитайте её массу, если через 100 мл раствора, содержащего 0,32 массовой доли, или 32%, гидроксида калия ($ \rho = 1,32 $ г/см$^3$), пропустили весь оксид углерода(IV), который образуется при сжигании 18 л метана (н. у.).

Решение.

Решение 2.

Дано:

Объем раствора гидроксида калия $V_{\text{р-ра}}(\text{KOH}) = 100 \text{ мл}$

Массовая доля гидроксида калия $w(\text{KOH}) = 32\% = 0,32$

Плотность раствора гидроксида калия $\rho_{\text{р-ра}} = 1,32 \text{ г/см}^3$

Объем метана $V(\text{CH}_4) = 18 \text{ л}$ (н. у.)

Молярный объем газа при н. у. $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$

Найти:

Формулу соли - ?

Массу соли $m(\text{соли})$ - ?

Решение:

1. Напишем уравнение реакции горения метана и рассчитаем количество вещества (моль) оксида углерода(IV), который при этом образуется.

$\text{CH}_4 + 2\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$

Из уравнения реакции видно, что при сгорании 1 моль метана образуется 1 моль оксида углерода(IV). Найдем количество вещества метана:

$n(\text{CH}_4) = \frac{V(\text{CH}_4)}{V_m} = \frac{18 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} \approx 0,8036 \text{ моль}$

Следовательно, количество вещества оксида углерода(IV) равно количеству вещества метана:

$n(\text{CO}_2) = n(\text{CH}_4) \approx 0,8036 \text{ моль}$

2. Рассчитаем количество вещества гидроксида калия в исходном растворе. Для этого сначала определим массу раствора, а затем массу чистого вещества KOH.

Так как $1 \text{ мл} = 1 \text{ см}^3$, масса раствора равна:

$m_{\text{р-ра}} = V_{\text{р-ра}} \cdot \rho_{\text{р-ра}} = 100 \text{ мл} \cdot 1,32 \text{ г/мл} = 132 \text{ г}$

Масса чистого гидроксида калия в растворе:

$m(\text{KOH}) = m_{\text{р-ра}} \cdot w(\text{KOH}) = 132 \text{ г} \cdot 0,32 = 42,24 \text{ г}$

Рассчитаем молярную массу KOH:

$M(\text{KOH}) = 39 + 16 + 1 = 56 \text{ г/моль}$

Теперь найдем количество вещества гидроксида калия:

$n(\text{KOH}) = \frac{m(\text{KOH})}{M(\text{KOH})} = \frac{42,24 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} \approx 0,7543 \text{ моль}$

3. Определим, какая соль образуется в результате реакции. Взаимодействие оксида углерода(IV) (кислотного оксида) со щелочью (KOH) может привести к образованию двух видов солей: средней (карбонат калия, $\text{K}_2\text{CO}_3$) или кислой (гидрокарбонат калия, $\text{KHCO}_3$). Продукт реакции зависит от мольного соотношения реагентов.

Возможные реакции:

1) $\text{CO}_2 + 2\text{KOH} \rightarrow \text{K}_2\text{CO}_3 + \text{H}_2\text{O}$ (протекает, если $n(\text{KOH}) / n(\text{CO}_2) \geq 2$)

2) $\text{CO}_2 + \text{KOH} \rightarrow \text{KHCO}_3$ (протекает, если $n(\text{KOH}) / n(\text{CO}_2) \leq 1$)

При соотношении $1 < n(\text{KOH}) / n(\text{CO}_2) < 2$ образуется смесь обеих солей.

Найдем соотношение количеств веществ в нашей задаче:

$\frac{n(\text{KOH})}{n(\text{CO}_2)} = \frac{0,7543 \text{ моль}}{0,8036 \text{ моль}} \approx 0,94$

Так как соотношение $0,94 < 1$, оксид углерода(IV) находится в избытке по отношению к гидроксиду калия. Это означает, что вся щелочь прореагирует, образуя кислую соль — гидрокарбонат калия.

Уравнение реакции:

$\text{CO}_2 + \text{KOH} \rightarrow \text{KHCO}_3$

4. Рассчитаем массу образовавшейся соли. Расчет следует вести по веществу, которое находится в недостатке, то есть по гидроксиду калия.

Согласно уравнению реакции, из 1 моль KOH образуется 1 моль $\text{KHCO}_3$. Таким образом:

$n(\text{KHCO}_3) = n(\text{KOH}) \approx 0,7543 \text{ моль}$

Рассчитаем молярную массу гидрокарбоната калия:

$M(\text{KHCO}_3) = 39 + 1 + 12 + 3 \cdot 16 = 100 \text{ г/моль}$

Теперь можем найти массу соли:

$m(\text{KHCO}_3) = n(\text{KHCO}_3) \cdot M(\text{KHCO}_3) = 0,7543 \text{ моль} \cdot 100 \text{ г/моль} \approx 75,43 \text{ г}$

Наименьшее число значащих цифр в исходных данных равно двум (например, в значениях 18 л и 32 %). Поэтому округлим конечный результат до двух значащих цифр.

$m(\text{KHCO}_3) \approx 75 \text{ г}$

Ответ: В результате реакции получится кислая соль — гидрокарбонат калия ($\text{KHCO}_3$), масса которой составляет 75 г.