Номер 1359, страница 210 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1359. *Какие соли и каким химическим количеством образуются при растворении оксида серы(VI) химическим количеством $0,15 \text{ моль}$ в растворе гидроксида натрия, содержащем $8,00 \text{ г}$ растворённого вещества?

Дано:

$n(SO_3) = 0,15$ моль

$m(NaOH) = 8,00$ г

Найти:

Какие соли образуются и их химические количества, $n(\text{солей}) - ?$

Решение:

Оксид серы(VI) ($SO_3$) является кислотным оксидом, который реагирует с гидроксидом натрия ($NaOH$), являющимся основанием (щёлочью). В зависимости от соотношения реагентов могут протекать две реакции с образованием средней или кислой соли:

1. Образование средней соли (сульфата натрия):

$SO_3 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O$

2. Образование кислой соли (гидросульфата натрия):

$SO_3 + NaOH \rightarrow NaHSO_4$

Для определения того, какие соли и в каком количестве образуются, необходимо найти химическое количество гидроксида натрия и сопоставить его с количеством оксида серы(VI).

Молярная масса гидроксида натрия $M(NaOH)$:

$M(NaOH) = M(Na) + M(O) + M(H) = 23 + 16 + 1 = 40$ г/моль.

Химическое количество гидроксида натрия $n(NaOH)$:

$n(NaOH) = \frac{m(NaOH)}{M(NaOH)} = \frac{8,00 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} = 0,20 \text{ моль}$.

Теперь сравним соотношение химических количеств реагентов:

$\frac{n(NaOH)}{n(SO_3)} = \frac{0,20 \text{ моль}}{0,15 \text{ моль}} \approx 1,33$.

Так как соотношение $1 < \frac{n(NaOH)}{n(SO_3)} < 2$, это означает, что гидроксида натрия недостаточно для полного превращения всего оксида серы(VI) в среднюю соль (для этого потребовалось бы соотношение 2:1), но его больше, чем необходимо для образования только кислой соли (для этого нужно соотношение 1:1). Следовательно, в результате реакции образуется смесь двух солей: сульфата натрия ($Na_2SO_4$) и гидросульфата натрия ($NaHSO_4$).

Для расчета количеств образовавшихся солей составим систему уравнений. Пусть $x$ моль $SO_3$ прореагировало по первой реакции (с образованием $Na_2SO_4$), а $y$ моль $SO_3$ прореагировало по второй реакции (с образованием $NaHSO_4$).

Тогда, согласно уравнениям реакций:

• Количество $NaOH$, вступившего в первую реакцию, равно $2x$ моль.
• Количество $NaOH$, вступившего во вторую реакцию, равно $y$ моль.
• Количество образовавшегося $Na_2SO_4$ равно $x$ моль.
• Количество образовавшегося $NaHSO_4$ равно $y$ моль.

Весь оксид серы(VI) и весь гидроксид натрия вступают в реакцию. Составим систему уравнений на основе общих количеств реагентов:

$\left\{ \begin{array}{l} x + y = 0,15 \text{ (по } SO_3 \text{)} \\ 2x + y = 0,20 \text{ (по } NaOH \text{)} \end{array} \right.$

Решим систему уравнений. Вычтем первое уравнение из второго:

$(2x + y) - (x + y) = 0,20 - 0,15$

$x = 0,05$ моль.

Подставим найденное значение $x$ в первое уравнение:

$0,05 + y = 0,15$

$y = 0,15 - 0,05 = 0,10$ моль.

Таким образом, в реакции образуется:

$n(Na_2SO_4) = x = 0,05$ моль

$n(NaHSO_4) = y = 0,10$ моль

Ответ: образуются две соли: сульфат натрия ($Na_2SO_4$) химическим количеством 0,05 моль и гидросульфат натрия ($NaHSO_4$) химическим количеством 0,10 моль.