Номер 1344, страница 208 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1344. Натрий массой 12,3 г растворили в воде. Какой максимальный объём (н. у.) углекислого газа может поглотить полученный раствор?

Дано:

$m(Na) = 12,3 \text{ г}$

Найти:

$V_{max}(CO_2) - ?$

Решение:

1. При растворении натрия в воде происходит химическая реакция с образованием гидроксида натрия и выделением водорода. Уравнение реакции:

$2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2 \uparrow$

2. Рассчитаем количество вещества (число моль) натрия. Молярная масса натрия $M(Na)$ равна 23 г/моль.

$\nu(Na) = \frac{m(Na)}{M(Na)} = \frac{12,3 \text{ г}}{23 \text{ г/моль}} \approx 0,5348 \text{ моль}$

3. Согласно уравнению реакции, из 2 моль натрия образуется 2 моль гидроксида натрия. Таким образом, количество вещества образовавшейся щелочи равно количеству вещества исходного натрия:

$\nu(NaOH) = \nu(Na) \approx 0,5348 \text{ моль}$

4. Полученный раствор гидроксида натрия будет поглощать углекислый газ. В зависимости от соотношения реагентов возможны две реакции:

а) $2NaOH + CO_2 \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$ (образование средней соли - карбоната натрия)

б) $NaOH + CO_2 \rightarrow NaHCO_3$ (образование кислой соли - гидрокарбоната натрия)

Чтобы поглотить максимальный объем углекислого газа, необходимо, чтобы на каждую единицу щелочи приходилось как можно больше углекислого газа. Сравнивая стехиометрические коэффициенты, видим, что в реакции (а) на 1 моль $CO_2$ расходуется 2 моль $NaOH$, а в реакции (б) — 1 моль $NaOH$. Следовательно, для максимального поглощения $CO_2$ вся щелочь должна прореагировать с образованием кислой соли — гидрокарбоната натрия (реакция б), так как в этом случае на 1 моль щелочи поглощается 1 моль $CO_2$.

5. По уравнению реакции (б) рассчитаем количество вещества углекислого газа, которое может быть поглощено:

$NaOH + CO_2 \rightarrow NaHCO_3$

Соотношение $\nu(NaOH) : \nu(CO_2)$ равно 1:1, поэтому:

$\nu(CO_2) = \nu(NaOH) \approx 0,5348 \text{ моль}$

6. Теперь найдем максимальный объем углекислого газа при нормальных условиях (н. у.). Молярный объем идеального газа при н. у. $V_m$ составляет 22,4 л/моль. Для большей точности используем в расчете не округленное значение количества вещества.

$V_{max}(CO_2) = \nu(CO_2) \cdot V_m = \frac{12,3}{23} \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} \approx 11,979 \text{ л}$

Округлим полученное значение до трех значащих цифр (как в исходных данных):

$V_{max}(CO_2) \approx 12,0 \text{ л}$

Ответ: максимальный объем углекислого газа, который может поглотить полученный раствор, составляет 12,0 л.