Номер 1241, страница 191 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1241. Рассчитайте массовую долю кремния в составе оконного стекла.

Дано:

Приблизительная формула оконного стекла: $Na_2O \cdot CaO \cdot 6SiO_2$

Относительные атомные массы элементов (округленные до целых):

$Ar(Na) = 23$

$Ar(Ca) = 40$

$Ar(Si) = 28$

$Ar(O) = 16$

Найти:

$\omega(Si)$ - массовую долю кремния в оконном стекле.

Решение:

Массовая доля элемента в веществе — это отношение массы этого элемента в веществе к массе всего вещества. Для расчета массовой доли кремния в оконном стекле, мы будем использовать его усредненную химическую формулу.

Оконное стекло (натрий-кальций-силикатное стекло) имеет приблизительный состав, который можно выразить формулой $Na_2O \cdot CaO \cdot 6SiO_2$.

1. Сначала рассчитаем относительную молекулярную массу (молярную массу) этой условной формульной единицы стекла. Для этого найдем молярные массы составляющих оксидов:

$M(Na_2O) = 2 \cdot Ar(Na) + Ar(O) = 2 \cdot 23 + 16 = 46 + 16 = 62 \text{ г/моль}$

$M(CaO) = Ar(Ca) + Ar(O) = 40 + 16 = 56 \text{ г/моль}$

$M(SiO_2) = Ar(Si) + 2 \cdot Ar(O) = 28 + 2 \cdot 16 = 28 + 32 = 60 \text{ г/моль}$

Теперь найдем общую молярную массу стекла, сложив массы оксидов с учетом их стехиометрических коэффициентов в формуле:

$M(Na_2O \cdot CaO \cdot 6SiO_2) = M(Na_2O) + M(CaO) + 6 \cdot M(SiO_2) = 62 + 56 + 6 \cdot 60 = 118 + 360 = 478 \text{ г/моль}$

2. Далее определим общую массу кремния, приходящуюся на одну формульную единицу стекла. Согласно формуле $Na_2O \cdot CaO \cdot 6SiO_2$, в ней содержится 6 атомов кремния (Si), так как диоксид кремния $SiO_2$ взят 6 раз.

Общая масса кремния в формульной единице: $m_{общ}(Si) = 6 \cdot Ar(Si) = 6 \cdot 28 = 168 \text{ г/моль}$

3. Теперь мы можем рассчитать массовую долю кремния ($\omega(Si)$) по формуле:

$\omega(\text{элемента}) = \frac{\text{масса всех атомов элемента в формуле}}{\text{молярная масса соединения}} \cdot 100\%$

Подставим наши значения:

$\omega(Si) = \frac{m_{общ}(Si)}{M(Na_2O \cdot CaO \cdot 6SiO_2)} \cdot 100\% = \frac{168}{478} \cdot 100\%$

$\omega(Si) \approx 0.35146 \cdot 100\% \approx 35.15\%$

Ответ: Массовая доля кремния в составе оконного стекла составляет примерно $35.15\%$.