Номер 1244, страница 191 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1244. Смесь массой 20,0 г, содержащую карбонат натрия и гидрокарбонат натрия прокалили. Образовавшийся газ пропустили через избыток раствора гидроксида кальция. Выпал осадок массой 10,0 г. Рассчитайте массовую долю карбоната натрия в исходной смеси.

Дано:

$m(\text{смеси } Na_2CO_3 \text{ и } NaHCO_3) = 20,0 \text{ г}$

$m(CaCO_3) = 10,0 \text{ г}$

Найти:

$\omega(Na_2CO_3)$ в смеси - ?

Решение:

При прокаливании смеси, состоящей из карбоната натрия ($Na_2CO_3$) и гидрокарбоната натрия ($NaHCO_3$), термическому разложению подвергается только гидрокарбонат натрия. Карбонат натрия является термически устойчивым и в данных условиях не разлагается.

1. Уравнение реакции термического разложения гидрокарбоната натрия:

$2NaHCO_3 \xrightarrow{t} Na_2CO_3 + H_2O + CO_2 \uparrow$

Образовавшийся в ходе этой реакции углекислый газ ($CO_2$) пропустили через избыток раствора гидроксида кальция ($Ca(OH)_2$). При этом образуется нерастворимый осадок - карбонат кальция ($CaCO_3$).

2. Уравнение реакции углекислого газа с гидроксидом кальция:

$CO_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + H_2O$

3. Рассчитаем количество вещества (моль) выпавшего осадка - карбоната кальция ($CaCO_3$). Для этого сначала найдем его молярную массу.

Молярная масса $CaCO_3$:

$M(CaCO_3) = M(Ca) + M(C) + 3 \cdot M(O) = 40 + 12 + 3 \cdot 16 = 100$ г/моль.

Количество вещества $CaCO_3$:

$n(CaCO_3) = \frac{m(CaCO_3)}{M(CaCO_3)} = \frac{10,0 \text{ г}}{100 \text{ г/моль}} = 0,1$ моль.

4. Согласно уравнению реакции (2), количество вещества прореагировавшего углекислого газа равно количеству вещества образовавшегося карбоната кальция, так как их стехиометрические коэффициенты равны 1.

$n(CO_2) = n(CaCO_3) = 0,1$ моль.

5. Весь углекислый газ образовался при разложении гидрокарбоната натрия. Используя уравнение реакции (1), найдем количество вещества $NaHCO_3$, которое было в исходной смеси. По уравнению, из 2 моль $NaHCO_3$ образуется 1 моль $CO_2$.

$n(NaHCO_3) = 2 \cdot n(CO_2) = 2 \cdot 0,1 \text{ моль} = 0,2$ моль.

6. Теперь рассчитаем массу гидрокарбоната натрия в исходной смеси.

Молярная масса $NaHCO_3$:

$M(NaHCO_3) = M(Na) + M(H) + M(C) + 3 \cdot M(O) = 23 + 1 + 12 + 3 \cdot 16 = 84$ г/моль.

Масса $NaHCO_3$:

$m(NaHCO_3) = n(NaHCO_3) \cdot M(NaHCO_3) = 0,2 \text{ моль} \cdot 84 \text{ г/моль} = 16,8$ г.

7. Зная массу гидрокарбоната натрия и общую массу смеси, найдем массу карбоната натрия.

$m(Na_2CO_3) = m(\text{смеси}) - m(NaHCO_3) = 20,0 \text{ г} - 16,8 \text{ г} = 3,2$ г.

8. Наконец, рассчитаем массовую долю карбоната натрия в исходной смеси.

$\omega(Na_2CO_3) = \frac{m(Na_2CO_3)}{m(\text{смеси})} \cdot 100\% = \frac{3,2 \text{ г}}{20,0 \text{ г}} \cdot 100\% = 0,16 \cdot 100\% = 16\%$.

Ответ: массовая доля карбоната натрия в исходной смеси составляет 16%.