Номер 46, страница 22 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

46. К раствору нитрата металла(II) добавили необходимое для полного завершения реакции количество кристаллической соды ($Na_2CO_3 \cdot 10H_2O$). Выпавший осадок отфильтровали и разделили на две равные части. Одну часть обработали избытком соляной кислоты, при этом выделился газ А объемом $2,24 дм^3$ (н. у.). Другую часть прокаливали до тех пор, пока масса твердого остатка не перестала уменьшаться. В результате масса твердого остатка составила 5,60 г.

а) Установите металл, газ А и твердый остаток после прокаливания. Приведите их формулы и названия, а также молекулярные уравнения протекающих химических реакций.

б) Определите массу нитрата металла в исходном растворе.

Дано:

Раствор нитрата металла(II) - $Me(NO_3)_2$
Кристаллическая сода - $Na_2CO_3 \cdot 10H_2O$
Объем газа А (н. у.) - $V(A) = 2,24 \text{ дм}^3$
Масса твердого остатка после прокаливания второй части осадка - $m_{ост} = 5,60 \text{ г}$

Найти:

а) Металл (Me), газ (A), твердый остаток после прокаливания, их формулы, названия и уравнения реакций.
б) Массу нитрата металла в исходном растворе - $m(Me(NO_3)_2)$.

Решение:

а) Установление веществ и написание уравнений реакций.

1. Запишем уравнение реакции между нитратом металла(II) и карбонатом натрия. В реакции обмена образуется нерастворимый карбонат металла(II).

$Me(NO_3)_2 + Na_2CO_3 \rightarrow MeCO_3 \downarrow + 2NaNO_3$

Выпавший осадок — это карбонат металла $MeCO_3$.

2. Осадок разделили на две равные части. Первую часть обработали соляной кислотой. Карбонаты реагируют с сильными кислотами с выделением углекислого газа.

$MeCO_3 + 2HCl \rightarrow MeCl_2 + H_2O + CO_2 \uparrow$

Следовательно, газ А — это оксид углерода(IV) (углекислый газ), формула $CO_2$.

3. Найдем количество вещества газа А, выделившегося при реакции первой части осадка с кислотой. Объем дан при нормальных условиях (н. у.), молярный объем газа $V_m = 22,4 \text{ дм}^3/\text{моль}$.

$n(A) = n(CO_2) = \frac{V(A)}{V_m} = \frac{2,24 \text{ дм}^3}{22,4 \text{ дм}^3/\text{моль}} = 0,1 \text{ моль}$

4. По уравнению реакции $MeCO_3 + 2HCl \rightarrow MeCl_2 + H_2O + CO_2$, количество вещества карбоната металла в первой части осадка равно количеству вещества выделившегося углекислого газа.

$n_1(MeCO_3) = n(CO_2) = 0,1 \text{ моль}$

5. Вторую часть осадка прокаливали. При прокаливании карбонатов (кроме карбонатов щелочных металлов) образуется оксид металла и углекислый газ. Твердый остаток — это оксид металла $MeO$.

$MeCO_3 \xrightarrow{t^\circ} MeO + CO_2 \uparrow$

6. Так как осадок был разделен на две равные части, количество вещества карбоната металла во второй части также равно 0,1 моль.

$n_2(MeCO_3) = n_1(MeCO_3) = 0,1 \text{ моль}$

7. По уравнению реакции прокаливания, из 1 моль $MeCO_3$ образуется 1 моль $MeO$. Следовательно, количество вещества оксида металла в твердом остатке:

$n(MeO) = n_2(MeCO_3) = 0,1 \text{ моль}$

8. Зная массу твердого остатка ($m(MeO) = 5,60 \text{ г}$) и его количество вещества, найдем молярную массу оксида металла.

$M(MeO) = \frac{m(MeO)}{n(MeO)} = \frac{5,60 \text{ г}}{0,1 \text{ моль}} = 56 \text{ г/моль}$

9. Молярная масса оксида $M(MeO)$ складывается из атомной массы металла $Ar(Me)$ и атомной массы кислорода $Ar(O) \approx 16 \text{ а.е.м.}$.

$M(MeO) = Ar(Me) + Ar(O)$

$Ar(Me) = M(MeO) - Ar(O) = 56 - 16 = 40 \text{ г/моль}$

Металл, имеющий относительную атомную массу 40, — это кальций (Ca).

Итак, установлены:

Металл: Кальций (Ca)

Газ А: Оксид углерода(IV) (CO₂)

Твердый остаток после прокаливания: Оксид кальция (CaO)

Молекулярные уравнения протекающих химических реакций:

1) $Ca(NO_3)_2 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + 2NaNO_3$

2) $CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2 \uparrow$

3) $CaCO_3 \xrightarrow{t^\circ} CaO + CO_2 \uparrow$

Ответ: Металл - кальций (Ca), газ А - оксид углерода(IV) ($CO_2$), твердый остаток после прокаливания - оксид кальция (CaO). Уравнения реакций: $Ca(NO_3)_2 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + 2NaNO_3$; $CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2 \uparrow$; $CaCO_3 \xrightarrow{t^\circ} CaO + CO_2 \uparrow$.

б) Определение массы нитрата металла в исходном растворе.

1. Общее количество вещества образовавшегося осадка карбоната кальция ($CaCO_3$) равно сумме количеств в двух частях.

$n_{общ}(CaCO_3) = n_1(CaCO_3) + n_2(CaCO_3) = 0,1 \text{ моль} + 0,1 \text{ моль} = 0,2 \text{ моль}$

2. Согласно уравнению реакции $Ca(NO_3)_2 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + 2NaNO_3$, количество вещества исходного нитрата кальция равно общему количеству вещества образовавшегося карбоната кальция.

$n(Ca(NO_3)_2) = n_{общ}(CaCO_3) = 0,2 \text{ моль}$

3. Рассчитаем молярную массу нитрата кальция $Ca(NO_3)_2$.

$M(Ca(NO_3)_2) = Ar(Ca) + 2 \cdot (Ar(N) + 3 \cdot Ar(O)) = 40 + 2 \cdot (14 + 3 \cdot 16) = 40 + 2 \cdot 62 = 164 \text{ г/моль}$

4. Найдем массу нитрата кальция в исходном растворе.

$m(Ca(NO_3)_2) = n(Ca(NO_3)_2) \cdot M(Ca(NO_3)_2) = 0,2 \text{ моль} \cdot 164 \text{ г/моль} = 32,8 \text{ г}$

Ответ: Масса нитрата кальция в исходном растворе составляет 32,8 г.