Номер 1383, страница 214 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1383. Оксид углерода(IV) объёмом (н. у.) 224 $см^3$ пропустили через избыток раствора гидроксида бария. Выпавший осадок отфильтровали и затем прокалили в инертной атмосфере до тех пор, пока масса не перестала уменьшаться. Рассчитайте массу твёрдого остатка, полученного после прокаливания.

Дано:

$V(CO_2) = 224 \text{ см}^3$

Раствор $Ba(OH)_2$ - избыток

Условия - нормальные (н. у.)

$V(CO_2) = 224 \text{ см}^3 = 224 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3 = 0.000224 \text{ м}^3$

Найти:

$m(\text{твёрдого остатка}) - ?$

Решение:

Процесс состоит из двух последовательных химических реакций:

1. Пропускание оксида углерода(IV) ($CO_2$) через раствор гидроксида бария ($Ba(OH)_2$). Так как гидроксид бария находится в избытке, весь оксид углерода(IV) реагирует с образованием нерастворимого осадка - карбоната бария ($BaCO_3$).

$CO_2 + Ba(OH)_2 \rightarrow BaCO_3\downarrow + H_2O$

2. Прокаливание полученного осадка. При нагревании карбонат бария разлагается на оксид бария ($BaO$) и оксид углерода(IV) ($CO_2$). Прокаливание ведут до постоянной массы, что означает полное разложение карбоната.

$BaCO_3 \xrightarrow{t^\circ} BaO + CO_2\uparrow$

Твёрдым остатком после прокаливания является оксид бария ($BaO$). Наша задача - рассчитать его массу.

3. Рассчитаем количество вещества (число моль) оксида углерода(IV), вступившего в реакцию. Объем дан при нормальных условиях (н. у.), а молярный объем любого газа при н. у. ($V_m$) составляет 22,4 л/моль.

Сначала переведем объем $CO_2$ из кубических сантиметров в литры, зная, что $1 \text{ л} = 1000 \text{ см}^3$:

$V(CO_2) = 224 \text{ см}^3 = 0.224 \text{ л}$

Теперь найдем количество вещества $CO_2$ по формуле $n = V/V_m$:

$n(CO_2) = \frac{V(CO_2)}{V_m} = \frac{0.224 \text{ л}}{22.4 \text{ л/моль}} = 0.01 \text{ моль}$

4. Проанализируем стехиометрические соотношения в уравнениях реакций. Из первого уравнения видно, что из 1 моль $CO_2$ образуется 1 моль $BaCO_3$. Из второго уравнения следует, что из 1 моль $BaCO_3$ образуется 1 моль $BaO$. Таким образом, количество вещества всех трех соединений, участвующих в цепочке превращений, одинаково:

$n(CO_2) = n(BaCO_3) = n(BaO)$

Следовательно, количество вещества образовавшегося оксида бария равно:

$n(BaO) = 0.01 \text{ моль}$

5. Рассчитаем массу твёрдого остатка — оксида бария ($BaO$). Для этого сначала определим его молярную массу ($M$), используя относительные атомные массы элементов из Периодической таблицы: $Ar(Ba) \approx 137$, $Ar(O) \approx 16$.

$M(BaO) = Ar(Ba) + Ar(O) = 137 \text{ г/моль} + 16 \text{ г/моль} = 153 \text{ г/моль}$

Теперь найдем массу оксида бария по формуле $m = n \cdot M$:

$m(BaO) = n(BaO) \cdot M(BaO) = 0.01 \text{ моль} \cdot 153 \text{ г/моль} = 1.53 \text{ г}$

Ответ: масса твёрдого остатка, полученного после прокаливания, составляет 1,53 г.