Номер 1252, страница 192 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1252. *Рассчитайте массу осадка, образующегося при пропускании углекислого газа химическим количеством 15,0 ммоль через раствор, содержащий 0,74 г гидроксида кальция.

Дано:

химическое количество углекислого газа $n(CO_2) = 15,0 \text{ ммоль} = 15,0 \cdot 10^{-3} \text{ моль} = 0,0150 \text{ моль}$

масса гидроксида кальция $m(Ca(OH)_2) = 0,74 \text{ г}$

Найти:

массу осадка $m(\text{осадка})$

Решение:

При пропускании углекислого газа через раствор гидроксида кальция (известковую воду) возможны две последовательные химические реакции.

1. Вначале углекислый газ реагирует с гидроксидом кальция с образованием нерастворимого в воде карбоната кальция, который выпадает в осадок:

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

2. Если углекислый газ находится в избытке, он продолжает реагировать с уже образовавшимся осадком карбоната кальция, превращая его в растворимый гидрокарбонат кальция, что приводит к растворению осадка:

$CaCO_3 + CO_2 + H_2O \rightarrow Ca(HCO_3)_2$

Чтобы определить, какая масса осадка образуется, необходимо рассчитать химические количества реагентов и сравнить их.

Химическое количество углекислого газа дано в условии: $n(CO_2) = 0,0150 \text{ моль}$.

Рассчитаем молярную массу гидроксида кальция $Ca(OH)_2$:

$M(Ca(OH)_2) = M(Ca) + 2 \cdot (M(O) + M(H)) = 40 + 2 \cdot (16 + 1) = 74 \text{ г/моль}$.

Теперь найдем химическое количество гидроксида кальция в растворе:

$n(Ca(OH)_2) = \frac{m(Ca(OH)_2)}{M(Ca(OH)_2)} = \frac{0,74 \text{ г}}{74 \text{ г/моль}} = 0,010 \text{ моль}$.

Сравним химические количества реагентов для первой реакции. Согласно уравнению, они реагируют в соотношении $1:1$. У нас есть $0,0150 \text{ моль } CO_2$ и $0,010 \text{ моль } Ca(OH)_2$. Поскольку $n(CO_2) > n(Ca(OH)_2)$, углекислый газ находится в избытке, а гидроксид кальция полностью прореагирует.

По уравнению первой реакции из $0,010 \text{ моль } Ca(OH)_2$ образуется $0,010 \text{ моль } CaCO_3$ и на это затратится $0,010 \text{ моль } CO_2$.

Рассчитаем количество избыточного углекислого газа, который остался после первой реакции:

$n(\text{изб. } CO_2) = n(\text{исх. } CO_2) - n(\text{прореаг. } CO_2) = 0,0150 \text{ моль} - 0,010 \text{ моль} = 0,0050 \text{ моль}$.

Этот избыточный $CO_2$ ($0,0050 \text{ моль}$) будет реагировать с образовавшимся осадком $CaCO_3$ ($0,010 \text{ моль}$) по второй реакции.

Сравним количества реагентов для второй реакции. По уравнению они реагируют в соотношении $1:1$. В данном случае $CO_2$ находится в недостатке ($0,0050 \text{ моль} < 0,010 \text{ моль}$), поэтому он прореагирует полностью, растворив эквивалентное количество осадка.

Количество $CaCO_3$, которое растворится, равно количеству избыточного $CO_2$:

$n(\text{раств. } CaCO_3) = n(\text{изб. } CO_2) = 0,0050 \text{ моль}$.

Найдем конечное количество осадка $CaCO_3$, которое останется после двух реакций:

$n(\text{остаток } CaCO_3) = n(\text{образ. } CaCO_3) - n(\text{раств. } CaCO_3) = 0,010 \text{ моль} - 0,0050 \text{ моль} = 0,0050 \text{ моль}$.

Наконец, рассчитаем массу оставшегося осадка. Для этого найдем молярную массу карбоната кальция $CaCO_3$:

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

Масса осадка равна:

$m(\text{осадка}) = n(\text{остаток } CaCO_3) \cdot M(CaCO_3) = 0,0050 \text{ моль} \cdot 100 \text{ г/моль} = 0,50 \text{ г}$.

Ответ: масса образовавшегося осадка составляет 0,50 г.