Номер 1353, страница 209 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1353. *Хлор объёмом (н. у.) $2,24 \text{ дм}^3$ прореагировал с избытком водорода. Образовавшийся хлороводород поглотился раствором массой 52,2 г с массовой долей гидроксида натрия 16,7 %. К полученному раствору добавили раствор нитрата серебра массой 350 г с массовой долей соли 13,7 %. Рассчитайте массу выпавшего осадка.

Дано:

$V(\text{Cl}_2) = 2,24 \text{ дм}^3$ (н. у.)

$m(\text{раствора NaOH}) = 52,2 \text{ г}$

$\omega(\text{NaOH}) = 16,7 \% = 0,167$

$m(\text{раствора AgNO}_3) = 350 \text{ г}$

$\omega(\text{AgNO}_3) = 13,7 \% = 0,137$

Найти:

$m(\text{осадка}) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции хлора с водородом и рассчитаем количество вещества образовавшегося хлороводорода. Согласно условию, водород взят в избытке, поэтому расчет ведем по хлору.

$\text{H}_2 + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{HCl}$

Найдем количество вещества хлора, используя молярный объем газов при нормальных условиях ($V_m = 22,4 \text{ дм}^3/\text{моль}$):

$n(\text{Cl}_2) = \frac{V(\text{Cl}_2)}{V_m} = \frac{2,24 \text{ дм}^3}{22,4 \text{ дм}^3/\text{моль}} = 0,1 \text{ моль}$

По уравнению реакции из 1 моль $Cl_2$ образуется 2 моль $HCl$. Следовательно, количество вещества хлороводорода:

$n(\text{HCl}) = 2 \cdot n(\text{Cl}_2) = 2 \cdot 0,1 \text{ моль} = 0,2 \text{ моль}$

2. Образовавшийся хлороводород поглощается раствором гидроксида натрия. Запишем уравнение реакции нейтрализации и определим, какое из веществ находится в избытке.

$\text{HCl} + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}$

Найдем массу и количество вещества гидроксида натрия в исходном растворе:

$m(\text{NaOH}) = m(\text{раствора NaOH}) \cdot \omega(\text{NaOH}) = 52,2 \text{ г} \cdot 0,167 = 8,7174 \text{ г}$

Молярная масса $NaOH$ равна $M(\text{NaOH}) = 23 + 16 + 1 = 40 \text{ г/моль}$.

$n(\text{NaOH}) = \frac{m(\text{NaOH})}{M(\text{NaOH})} = \frac{8,7174 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} = 0,217935 \text{ моль}$

Сравним количество вещества реагентов: $n(\text{HCl}) = 0,2 \text{ моль}$ и $n(\text{NaOH}) = 0,217935 \text{ моль}$.

Поскольку вещества реагируют в стехиометрическом соотношении 1:1, $n(\text{HCl}) < n(\text{NaOH})$, следовательно, хлороводород является лимитирующим реагентом, а гидроксид натрия находится в избытке.

В результате реакции образуется хлорид натрия в количестве, равном количеству прореагировавшего $HCl$:

$n(\text{NaCl}) = n(\text{HCl}) = 0,2 \text{ моль}$

Количество вещества избыточного гидроксида натрия, оставшегося в растворе:

$n(\text{NaOH})_{\text{изб.}} = n(\text{NaOH})_{\text{исх.}} - n(\text{HCl})_{\text{прореаг.}} = 0,217935 \text{ моль} - 0,2 \text{ моль} = 0,017935 \text{ моль}$

3. К полученному раствору, содержащему $0,2 \text{ моль NaCl}$ и $0,017935 \text{ моль NaOH}$, добавляют раствор нитрата серебра. Осадок будет состоять из двух веществ: хлорида серебра (из реакции с $NaCl$) и оксида серебра(I) (из реакции с избытком $NaOH$).

Найдем количество вещества нитрата серебра в добавленном растворе:

$m(\text{AgNO}_3) = m(\text{раствора AgNO}_3) \cdot \omega(\text{AgNO}_3) = 350 \text{ г} \cdot 0,137 = 47,95 \text{ г}$

Молярная масса $AgNO_3$ равна $M(\text{AgNO}_3) = 108 + 14 + 3 \cdot 16 = 170 \text{ г/моль}$.

$n(\text{AgNO}_3) = \frac{m(\text{AgNO}_3)}{M(\text{AgNO}_3)} = \frac{47,95 \text{ г}}{170 \text{ г/моль}} \approx 0,28206 \text{ моль}$

а) Реакция с хлоридом натрия с образованием осадка хлорида серебра:

$\text{NaCl} + \text{AgNO}_3 \rightarrow \text{AgCl}\downarrow + \text{NaNO}_3$

Сравниваем количество реагентов: $n(\text{NaCl}) = 0,2 \text{ моль}$ и $n(\text{AgNO}_3) \approx 0,28206 \text{ моль}$. Так как $n(\text{NaCl}) < n(\text{AgNO}_3)$, расчет ведем по $NaCl$.

Количество вещества образовавшегося осадка $AgCl$:

$n(\text{AgCl}) = n(\text{NaCl}) = 0,2 \text{ моль}$

Молярная масса $AgCl$ равна $M(\text{AgCl}) = 108 + 35,5 = 143,5 \text{ г/моль}$.

Масса осадка $AgCl$:

$m(\text{AgCl}) = n(\text{AgCl}) \cdot M(\text{AgCl}) = 0,2 \text{ моль} \cdot 143,5 \text{ г/моль} = 28,7 \text{ г}$

Количество вещества нитрата серебра, оставшегося после этой реакции:

$n(\text{AgNO}_3)_{\text{изб.1}} = 0,28206 \text{ моль} - 0,2 \text{ моль} = 0,08206 \text{ моль}$

б) Реакция избытка нитрата серебра с избытком гидроксида натрия с образованием осадка оксида серебра(I):

$2\text{NaOH} + 2\text{AgNO}_3 \rightarrow \text{Ag}_2\text{O}\downarrow + 2\text{NaNO}_3 + \text{H}_2\text{O}$

Сравниваем количество оставшихся реагентов: $n(\text{NaOH})_{\text{изб.}} = 0,017935 \text{ моль}$ и $n(\text{AgNO}_3)_{\text{изб.1}} = 0,08206 \text{ моль}$.

Реагенты реагируют в соотношении 2:2 (или 1:1). Так как $n(\text{NaOH})_{\text{изб.}} < n(\text{AgNO}_3)_{\text{изб.1}}$, расчет ведем по $NaOH$.

Из 2 моль $NaOH$ образуется 1 моль $Ag_2O$. Следовательно, количество вещества $Ag_2O$:

$n(\text{Ag}_2\text{O}) = \frac{n(\text{NaOH})_{\text{изб.}}}{2} = \frac{0,017935 \text{ моль}}{2} = 0,0089675 \text{ моль}$

Молярная масса $Ag_2O$ равна $M(\text{Ag}_2\text{O}) = 2 \cdot 108 + 16 = 232 \text{ г/моль}$.

Масса осадка $Ag_2O$:

$m(\text{Ag}_2\text{O}) = n(\text{Ag}_2\text{O}) \cdot M(\text{Ag}_2\text{O}) = 0,0089675 \text{ моль} \cdot 232 \text{ г/моль} \approx 2,08 \text{ г}$

4. Найдем общую массу выпавшего осадка, сложив массы $AgCl$ и $Ag_2O$.

$m(\text{осадка}) = m(\text{AgCl}) + m(\text{Ag}_2\text{O}) = 28,7 \text{ г} + 2,08 \text{ г} = 30,78 \text{ г}$

Округлим результат до трех значащих цифр, как в исходных данных.

Ответ: $m(\text{осадка}) = 30,8 \text{ г}$.