Номер 1390, страница 215 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1390. Через раствор, содержащий $3,90 \text{ г}$ гидроксида кальция, пропустили оксид углерода(IV) объёмом (н. у.) $0,56 \text{ дм}^3$. Образовавшийся осадок отфильтровали и прокалили. Масса остатка после прокаливания составила $1,20 \text{ г}$. Чему равен практический выход конечного продукта реакции?

Дано:

$m(Ca(OH)_2) = 3,90$ г

$V(CO_2) \text{ (н. у.)} = 0,56$ дм³

$m_{практ}(CaO) = 1,20$ г

Перевод в единицы, удобные для расчетов:

$V(CO_2) = 0,56$ л (так как $1 \text{ дм}^3 = 1 \text{ л}$)

Найти:

$\eta(CaO) - ?$

Решение:

1. Составим уравнения химических реакций, протекающих в процессе.

Сначала оксид углерода(IV) реагирует с гидроксидом кальция с образованием нерастворимого карбоната кальция:

$Ca(OH)_2 + CO_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + H_2O \quad (1)$

Затем полученный осадок карбоната кальция прокаливают. При этом он разлагается на оксид кальция (конечный продукт) и оксид углерода(IV):

$CaCO_3 \xrightarrow{t} CaO + CO_2 \uparrow \quad (2)$

2. Вычислим молярные массы необходимых веществ. Будем использовать округленные атомные массы: $Ar(Ca)=40$, $Ar(O)=16$, $Ar(C)=12$, $Ar(H)=1$.

$M(Ca(OH)_2) = 40 + (16 + 1) \cdot 2 = 74$ г/моль

$M(CaO) = 40 + 16 = 56$ г/моль

3. Рассчитаем количество вещества исходных реагентов.

Количество вещества гидроксида кальция:

$n(Ca(OH)_2) = \frac{m(Ca(OH)_2)}{M(Ca(OH)_2)} = \frac{3,90 \text{ г}}{74 \text{ г/моль}} \approx 0,0527$ моль

Количество вещества оксида углерода(IV), используя молярный объем газов при нормальных условиях ($V_m = 22,4$ л/моль):

$n(CO_2) = \frac{V(CO_2)}{V_m} = \frac{0,56 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,025$ моль

4. Определим, какой из реагентов в реакции (1) находится в недостатке. Согласно уравнению, $Ca(OH)_2$ и $CO_2$ реагируют в мольном соотношении $1:1$.

Сравниваем полученные количества веществ:

$n(CO_2) = 0,025$ моль

$n(Ca(OH)_2) \approx 0,0527$ моль

Поскольку $0,025 < 0,0527$, оксид углерода(IV) является лимитирующим реагентом. Это означает, что он прореагирует полностью, и дальнейшие расчеты теоретического выхода продуктов следует вести по нему.

5. Рассчитаем теоретически возможную массу конечного продукта — оксида кальция ($CaO$).

Из стехиометрии уравнений (1) и (2) видно, что из 1 моль $CO_2$ образуется 1 моль $CaCO_3$, из которого, в свою очередь, образуется 1 моль $CaO$. Таким образом, общее мольное соотношение между исходным $CO_2$ и конечным $CaO$ составляет $1:1$.

$n_{теор}(CaO) = n(CO_2) = 0,025$ моль

Теперь найдем теоретическую массу оксида кальция:

$m_{теор}(CaO) = n_{теор}(CaO) \cdot M(CaO) = 0,025 \text{ моль} \cdot 56 \text{ г/моль} = 1,40$ г

6. Рассчитаем практический выход оксида кальция ($\eta$).

Практический выход равен отношению массы продукта, полученной на практике, к теоретически возможной массе, выраженному в процентах.

$\eta = \frac{m_{практ}}{m_{теор}} \cdot 100\%$

Подставим значения для оксида кальция:

$\eta(CaO) = \frac{m_{практ}(CaO)}{m_{теор}(CaO)} \cdot 100\% = \frac{1,20 \text{ г}}{1,40 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 0,85714 \cdot 100\% \approx 85,7\%$

Ответ:

Практический выход конечного продукта реакции равен $85,7\%$.