Номер 658, страница 146 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

658. Для получения тригидрата ацетата натрия без выпаривания раствора можно использовать следующую методику. К питьевой соде массой 42 г добавляют 70%-ную уксусную эссенцию до прекращения выделения газа и небольшое количество дистиллированной воды. Рассчитайте массу уксусной эссенции и объем воды, которые потребуются для получения тригидрата ацетата натрия по описанной методике.

Дано:

$m(\text{NaHCO}_3) = 42 \text{ г}$

$w(\text{CH}_3\text{COOH}) = 70\% = 0.7$

Принять $\rho(\text{H}_2\text{O}) = 1 \text{ г/мл}$

$m(\text{NaHCO}_3) = 0.042 \text{ кг}$

$\rho(\text{H}_2\text{O}) = 1000 \text{ кг/м}^3$

Найти:

$m(\text{р-ра CH}_3\text{COOH}) - ?$

$V(\text{H}_2\text{O}_{\text{доб}}) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции между питьевой содой (гидрокарбонатом натрия) и уксусной кислотой:

$\text{NaHCO}_3 + \text{CH}_3\text{COOH} \rightarrow \text{CH}_3\text{COONa} + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2\uparrow$

2. Рассчитаем молярные массы веществ:

$M(\text{NaHCO}_3) = 23 + 1 + 12 + 3 \cdot 16 = 84 \text{ г/моль}$

$M(\text{CH}_3\text{COOH}) = 2 \cdot 12 + 4 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 60 \text{ г/моль}$

$M(\text{H}_2\text{O}) = 18 \text{ г/моль}$

Конечным продуктом является тригидрат ацетата натрия ($\text{CH}_3\text{COONa} \cdot 3\text{H}_2\text{O}$). Его молярная масса:

$M(\text{CH}_3\text{COONa} \cdot 3\text{H}_2\text{O}) = (12+3+12+16+16+23) + 3 \cdot (2 \cdot 1 + 16) = 82 + 3 \cdot 18 = 136 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества гидрокарбоната натрия:

$n(\text{NaHCO}_3) = \frac{m(\text{NaHCO}_3)}{M(\text{NaHCO}_3)} = \frac{42 \text{ г}}{84 \text{ г/моль}} = 0.5 \text{ моль}$

4. По уравнению реакции стехиометрические коэффициенты равны 1, следовательно:

$n(\text{CH}_3\text{COOH}) = n(\text{NaHCO}_3) = 0.5 \text{ моль}$

$n(\text{CH}_3\text{COONa}) = n(\text{NaHCO}_3) = 0.5 \text{ моль}$

$n(\text{H}_2\text{O})_{\text{прод}} = n(\text{NaHCO}_3) = 0.5 \text{ моль}$

5. Рассчитаем массу чистой уксусной кислоты, которая вступает в реакцию:

$m(\text{CH}_3\text{COOH}) = n(\text{CH}_3\text{COOH}) \cdot M(\text{CH}_3\text{COOH}) = 0.5 \text{ моль} \cdot 60 \text{ г/моль} = 30 \text{ г}$

6. Теперь найдем массу 70%-ной уксусной эссенции:

$m(\text{р-ра CH}_3\text{COOH}) = \frac{m(\text{CH}_3\text{COOH})}{w(\text{CH}_3\text{COOH})} = \frac{30 \text{ г}}{0.7} \approx 42.86 \text{ г}$

7. Условие "без выпаривания" означает, что вся вода в системе пойдет на образование кристаллогидрата. Для получения тригидрата ацетата натрия на каждый моль соли ($\text{CH}_3\text{COONa}$) необходимо 3 моль воды. Так как в реакции образуется 0.5 моль $\text{CH}_3\text{COONa}$, общее требуемое количество воды для полной кристаллизации составляет:

$n(\text{H}_2\text{O})_{\text{общ}} = 3 \cdot n(\text{CH}_3\text{COONa}) = 3 \cdot 0.5 \text{ моль} = 1.5 \text{ моль}$

Масса этой воды:

$m(\text{H}_2\text{O})_{\text{общ}} = n(\text{H}_2\text{O})_{\text{общ}} \cdot M(\text{H}_2\text{O}) = 1.5 \text{ моль} \cdot 18 \text{ г/моль} = 27 \text{ г}$

8. Общее количество воды в системе складывается из воды, образовавшейся в реакции, воды из состава уксусной эссенции, и добавленной дистиллированной воды. Рассчитаем количество воды из первых двух источников.

Масса воды, образовавшейся в реакции:

$m(\text{H}_2\text{O})_{\text{прод}} = n(\text{H}_2\text{O})_{\text{прод}} \cdot M(\text{H}_2\text{O}) = 0.5 \text{ моль} \cdot 18 \text{ г/моль} = 9 \text{ г}$

Масса воды в уксусной эссенции:

$m(\text{H}_2\text{O})_{\text{в эссенции}} = m(\text{р-ра CH}_3\text{COOH}) - m(\text{CH}_3\text{COOH}) = 42.86 \text{ г} - 30 \text{ г} = 12.86 \text{ г}$

9. Найдем массу дистиллированной воды, которую необходимо добавить, вычитая из общей необходимой массы воды уже имеющуюся:

$m(\text{H}_2\text{O})_{\text{доб}} = m(\text{H}_2\text{O})_{\text{общ}} - m(\text{H}_2\text{O})_{\text{прод}} - m(\text{H}_2\text{O})_{\text{в эссенции}}$

$m(\text{H}_2\text{O})_{\text{доб}} = 27 \text{ г} - 9 \text{ г} - 12.86 \text{ г} = 5.14 \text{ г}$

10. Найдем объем добавленной воды, используя ее плотность:

$V(\text{H}_2\text{O})_{\text{доб}} = \frac{m(\text{H}_2\text{O})_{\text{доб}}}{\rho(\text{H}_2\text{O})} = \frac{5.14 \text{ г}}{1 \text{ г/мл}} = 5.14 \text{ мл}$

Ответ: масса 70%-ной уксусной эссенции - 42.86 г, объем добавляемой воды - 5.14 мл.