Номер 1240, страница 191 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1240. Рассчитайте массу осадка, который образуется при сливании раствора, содержащего силикат калия массой 12,4 г, и раствора массой 58,8 г с массовой долей серной кислоты 14,2 %.

Дано:

$m(K_2SiO_3) = 12,4 \text{ г}$

$m_{р-ра}(H_2SO_4) = 58,8 \text{ г}$

$\omega(H_2SO_4) = 14,2 \% = 0,142$

Найти:

$m(осадка)$ - ?

Решение:

1. Составим уравнение химической реакции между силикатом калия и серной кислотой. В результате реакции обмена образуется нерастворимая в воде кремниевая кислота, которая выпадает в осадок, и сульфат калия.

$K_2SiO_3 + H_2SO_4 \rightarrow H_2SiO_3 \downarrow + K_2SO_4$

Уравнение сбалансировано, стехиометрические коэффициенты всех участников реакции равны 1. Это означает, что вещества реагируют в мольном соотношении 1:1.

2. Рассчитаем молярные массы веществ, необходимых для решения задачи. Используем округленные атомные массы: K=39, Si=28, O=16, H=1, S=32.

$M(K_2SiO_3) = 2 \cdot 39 + 28 + 3 \cdot 16 = 78 + 28 + 48 = 154 \text{ г/моль}$

$M(H_2SO_4) = 2 \cdot 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 2 + 32 + 64 = 98 \text{ г/моль}$

$M(H_2SiO_3) = 2 \cdot 1 + 28 + 3 \cdot 16 = 2 + 28 + 48 = 78 \text{ г/моль}$

3. Найдем массу чистой серной кислоты, содержащейся в растворе:

$m(H_2SO_4) = m_{р-ра}(H_2SO_4) \cdot \omega(H_2SO_4) = 58,8 \text{ г} \cdot 0,142 = 8,3496 \text{ г}$

4. Определим количество вещества (в молях) каждого из реагентов:

$n(K_2SiO_3) = \frac{m(K_2SiO_3)}{M(K_2SiO_3)} = \frac{12,4 \text{ г}}{154 \text{ г/моль}} \approx 0,08052 \text{ моль}$

$n(H_2SO_4) = \frac{m(H_2SO_4)}{M(H_2SO_4)} = \frac{8,3496 \text{ г}}{98 \text{ г/моль}} \approx 0,0852 \text{ моль}$

5. Определим, какой из реагентов находится в недостатке (лимитирующий реагент), сравнив их количества вещества с учетом стехиометрии (1:1).

$\frac{n(K_2SiO_3)}{1} \approx 0,08052 \text{ моль}$

$\frac{n(H_2SO_4)}{1} \approx 0,0852 \text{ моль}$

Поскольку количество вещества силиката калия меньше, чем количество вещества серной кислоты ($0,08052 < 0,0852$), $K_2SiO_3$ находится в недостатке и прореагирует полностью. Дальнейшие расчеты ведем по лимитирующему реагенту.

6. Согласно уравнению реакции, из 1 моль $K_2SiO_3$ образуется 1 моль $H_2SiO_3$. Следовательно, количество вещества осадка равно количеству вещества силиката калия:

$n(H_2SiO_3) = n(K_2SiO_3) \approx 0,08052 \text{ моль}$

7. Рассчитаем массу осадка (кремниевой кислоты):

$m(H_2SiO_3) = n(H_2SiO_3) \cdot M(H_2SiO_3) \approx 0,08052 \text{ моль} \cdot 78 \text{ г/моль} \approx 6,28 \text{ г}$

Ответ: масса образовавшегося осадка составляет 6,28 г.