Номер 649, страница 144 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

649. В герметичный сосуд поместили два стакана. В первом стакане находился избыток концентрированной серной кислоты, во втором — насыщенный раствор формиата натрия (массовая доля вещества в насыщенном растворе составляла 36 %). Через некоторое время за счет поглощения воды серной кислотой из второго раствора в осадок выпал HCOONa массой 6,3 г. Вычислите, на сколько при этом изменилась масса первого стакана.

Дано

$w(\text{HCOONa}) = 36 \% = 0.36$
$m_{осадка}(\text{HCOONa}) = 6.3 \text{ г}$

$m_{осадка}(\text{HCOONa}) = 6.3 \text{ г} = 0.0063 \text{ кг}$

Найти:

$\Delta m_1$ - ?

Решение

В герметичном сосуде находятся два стакана: один с концентрированной серной кислотой ($H_2SO_4$), а другой с насыщенным раствором формиата натрия ($HCOONa$). Концентрированная серная кислота является сильным водоотнимающим средством. Она поглощает пары воды из воздуха внутри сосуда. Эти пары воды образуются за счет испарения воды из раствора формиата натрия.

Когда вода испаряется из насыщенного раствора, концентрация растворенного вещества ($HCOONa$) в нем увеличивается, и раствор становится пересыщенным. Избыток соли выпадает в осадок до тех пор, пока раствор снова не станет насыщенным.

Масса первого стакана (с серной кислотой) увеличивается ровно на массу поглощенной воды. Эта вода испарилась из второго стакана. Таким образом, чтобы найти изменение массы первого стакана, нам нужно вычислить, какая масса воды испарилась из второго стакана, что привело к выпадению 6,3 г осадка $HCOONa$.

Массовая доля формиата натрия в насыщенном растворе составляет 36%. Следовательно, массовая доля воды в этом же растворе составляет:

$w(H_2O) = 100\% - w(\text{HCOONa}) = 100\% - 36\% = 64\%$

Это означает, что в любой массе насыщенного раствора соотношение масс соли и воды постоянно и равно соотношению их массовых долей:

$\frac{m(\text{HCOONa})}{m(H_2O)} = \frac{w(\text{HCOONa})}{w(H_2O)} = \frac{36\%}{64\%} = \frac{9}{16}$

Выпадение в осадок 6,3 г соли было вызвано испарением соответствующего количества воды. Обозначим массу испарившейся воды как $m_{исп.}(H_2O)$. Соотношение массы выпавшей соли к массе испарившейся воды должно быть таким же, как и в насыщенном растворе:

$\frac{m_{осадка}(\text{HCOONa})}{m_{исп.}(H_2O)} = \frac{9}{16}$

Подставим известную массу осадка и найдем массу испарившейся воды:

$\frac{6.3 \text{ г}}{m_{исп.}(H_2O)} = \frac{9}{16}$

$m_{исп.}(H_2O) = \frac{6.3 \text{ г} \times 16}{9} = 0.7 \text{ г} \times 16 = 11.2 \text{ г}$

Масса испарившейся воды из второго стакана равна массе воды, поглощенной серной кислотой в первом стакане. Следовательно, масса первого стакана увеличилась на 11,2 г.

Ответ: масса первого стакана увеличилась на 11,2 г.