Номер 1352, страница 209 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1352. $Na$ можно получить прокаливанием при высокой температуре смеси $Na_2CO_3$ с избытком кокса. При этом кроме $Na$ образуется $CO$. Какая масса $Na$ и какой объём (н. у.) угарного газа образуются при прокаливании смеси 50 г $Na_2CO_3$ и 50 г кокса, массовая доля $C$ в котором составляет 88 %?

Дано:

$m(Na_2CO_3) = 50 \text{ г}$

$m(\text{кокса}) = 50 \text{ г}$

$\omega(C \text{ в коксе}) = 88\% = 0.88$

Найти:

$m(Na) - ?$

$V(CO) - ?$

Решение:

1. Составим уравнение реакции получения натрия прокаливанием карбоната натрия с коксом (углеродом). Продуктами реакции являются натрий и оксид углерода(II) (угарный газ).

$Na_2CO_3 + 2C \rightarrow 2Na + 3CO$

2. Рассчитаем массу чистого углерода, содержащегося в 50 г кокса.

$m(C) = m(\text{кокса}) \cdot \omega(C) = 50 \text{ г} \cdot 0.88 = 44 \text{ г}$

3. Вычислим молярные массы исходных веществ, участвующих в реакции.

$M(Na_2CO_3) = 2 \cdot 23 + 12 + 3 \cdot 16 = 106 \text{ г/моль}$

$M(C) = 12 \text{ г/моль}$

4. Найдем количество вещества (число моль) для каждого из реагентов.

$n(Na_2CO_3) = \frac{m(Na_2CO_3)}{M(Na_2CO_3)} = \frac{50 \text{ г}}{106 \text{ г/моль}} \approx 0.4717 \text{ моль}$

$n(C) = \frac{m(C)}{M(C)} = \frac{44 \text{ г}}{12 \text{ г/моль}} \approx 3.6667 \text{ моль}$

5. Определим, какой из реагентов находится в недостатке (лимитирующий реагент), чтобы вести расчеты по нему. Согласно уравнению реакции, на 1 моль $Na_2CO_3$ расходуется 2 моль $C$.

Проверим, сколько моль углерода необходимо для реакции с 0.4717 моль $Na_2CO_3$:

$n_{необх.}(C) = 2 \cdot n(Na_2CO_3) = 2 \cdot 0.4717 \text{ моль} = 0.9434 \text{ моль}$

Поскольку в наличии имеется 3.6667 моль углерода ($3.6667 > 0.9434$), углерод находится в избытке. Следовательно, карбонат натрия является лимитирующим реагентом, и все дальнейшие расчеты продуктов реакции следует вести по нему.

6. Рассчитаем количество вещества продуктов реакции, исходя из количества лимитирующего реагента.

Из уравнения реакции видно, что из 1 моль $Na_2CO_3$ образуется 2 моль $Na$ и 3 моль $CO$.

$n(Na) = 2 \cdot n(Na_2CO_3) = 2 \cdot 0.4717 \text{ моль} = 0.9434 \text{ моль}$

$n(CO) = 3 \cdot n(Na_2CO_3) = 3 \cdot 0.4717 \text{ моль} = 1.4151 \text{ моль}$

7. Найдем массу полученного натрия.

$M(Na) = 23 \text{ г/моль}$

$m(Na) = n(Na) \cdot M(Na) = 0.9434 \text{ моль} \cdot 23 \text{ г/моль} \approx 21.7 \text{ г}$

8. Найдем объем образовавшегося угарного газа при нормальных условиях (н. у.). Молярный объем газа при н.у. ($V_m$) составляет 22,4 л/моль.

$V(CO) = n(CO) \cdot V_m = 1.4151 \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ л/моль} \approx 31.7 \text{ л}$

Ответ: масса образовавшегося натрия равна 21,7 г, а объем угарного газа (н. у.) составляет 31,7 л.