Номер 650, страница 108 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

650*. К раствору объёмом $35,0 \text{ см}^3$ с массовой долей HCl $10,0 \%$ и плотностью $1,05 \text{ г/см}^3$ добавили раствор массой 100 г с массовой долей NaOH $2,00 \%$. Рассчитайте массовые доли веществ, находящихся в растворе после окончания реакции.

Дано:

Объем раствора HCl, $V_{р-ра(HCl)} = 35,0 \text{ см}^3$

Массовая доля HCl, $\omega(HCl) = 10,0 \% = 0,100$

Плотность раствора HCl, $\rho_{р-ра(HCl)} = 1,05 \text{ г/см}^3$

Масса раствора NaOH, $m_{р-ра(NaOH)} = 100 \text{ г}$

Массовая доля NaOH, $\omega(NaOH) = 2,00 \% = 0,0200$

$V_{р-ра(HCl)} = 35,0 \text{ см}^3 = 35,0 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3 = 3,50 \cdot 10^{-5} \text{ м}^3$

$\rho_{р-ра(HCl)} = 1,05 \text{ г/см}^3 = 1050 \text{ кг/м}^3$

$m_{р-ра(NaOH)} = 100 \text{ г} = 0,100 \text{ кг}$

Найти:

Массовые доли веществ в конечном растворе, $\omega_{конечн}(веществ) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции нейтрализации между соляной кислотой и гидроксидом натрия:

$HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$

2. Рассчитаем массу исходного раствора соляной кислоты по его объему и плотности:

$m_{р-ра(HCl)} = V_{р-ра(HCl)} \cdot \rho_{р-ра(HCl)} = 35,0 \text{ см}^3 \cdot 1,05 \text{ г/см}^3 = 36,75 \text{ г}$

3. Найдем массу чистого хлороводорода (HCl) в этом растворе:

$m(HCl) = m_{р-ра(HCl)} \cdot \omega(HCl) = 36,75 \text{ г} \cdot 0,100 = 3,675 \text{ г}$

4. Найдем массу чистого гидроксида натрия (NaOH) в его растворе:

$m(NaOH) = m_{р-ра(NaOH)} \cdot \omega(NaOH) = 100 \text{ г} \cdot 0,0200 = 2,00 \text{ г}$

5. Рассчитаем количество вещества (в молях) для каждого из реагентов. Для этого нам понадобятся их молярные массы: $M(HCl) = 1 + 35,5 = 36,5 \text{ г/моль}$, $M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40,0 \text{ г/моль}$.

$n(HCl) = \frac{m(HCl)}{M(HCl)} = \frac{3,675 \text{ г}}{36,5 \text{ г/моль}} \approx 0,1007 \text{ моль}$

$n(NaOH) = \frac{m(NaOH)}{M(NaOH)} = \frac{2,00 \text{ г}}{40,0 \text{ г/моль}} = 0,0500 \text{ моль}$

6. Сравним количество молей реагентов, чтобы определить, какой из них находится в недостатке. Согласно уравнению реакции, реагенты взаимодействуют в мольном соотношении 1:1. Так как количество молей гидроксида натрия меньше, чем количество молей соляной кислоты ($0,0500 \text{ моль} < 0,1007 \text{ моль}$), то NaOH является лимитирующим реагентом и прореагирует полностью. Соляная кислота, соответственно, находится в избытке.

7. Дальнейшие расчеты будем вести по реагенту в недостатке, то есть по NaOH. В реакцию вступит 0,0500 моль NaOH и 0,0500 моль HCl. В результате реакции образуется 0,0500 моль хлорида натрия (NaCl).

8. Рассчитаем массу оставшейся (непрореагировавшей) соляной кислоты. Сначала найдем массу HCl, вступившей в реакцию:

$m_{реаг}(HCl) = n_{реаг}(HCl) \cdot M(HCl) = 0,0500 \text{ моль} \cdot 36,5 \text{ г/моль} = 1,825 \text{ г}$

Теперь найдем массу избытка HCl:

$m_{ост}(HCl) = m_{исх}(HCl) - m_{реаг}(HCl) = 3,675 \text{ г} - 1,825 \text{ г} = 1,85 \text{ г}$

9. Рассчитаем массу образовавшейся соли, хлорида натрия (NaCl). Молярная масса $M(NaCl) = 23 + 35,5 = 58,5 \text{ г/моль}$.

$m(NaCl) = n(NaCl) \cdot M(NaCl) = 0,0500 \text{ моль} \cdot 58,5 \text{ г/моль} = 2,925 \text{ г}$

10. Найдем общую массу конечного раствора. Она равна сумме масс исходных растворов, так как в ходе реакции не выделялись газы и не выпадали осадки.

$m_{конечн.р-ра} = m_{р-ра(HCl)} + m_{р-ра(NaOH)} = 36,75 \text{ г} + 100 \text{ г} = 136,75 \text{ г}$

11. Наконец, рассчитаем массовые доли веществ в конечном растворе. В растворе после реакции находятся избыток HCl, продукт NaCl и вода.

Массовая доля оставшейся HCl:

$\omega_{конечн}(HCl) = \frac{m_{ост}(HCl)}{m_{конечн.р-ра}} = \frac{1,85 \text{ г}}{136,75 \text{ г}} \approx 0,01353$

Массовая доля образовавшегося NaCl:

$\omega_{конечн}(NaCl) = \frac{m(NaCl)}{m_{конечн.р-ра}} = \frac{2,925 \text{ г}}{136,75 \text{ г}} \approx 0,02139$

Переведем доли в проценты, округлив до сотых долей (сохраняя 3 значащие цифры):

$\omega_{конечн}(HCl) \approx 1,35 \%$

$\omega_{конечн}(NaCl) \approx 2,14 \%$

Ответ: В растворе после окончания реакции массовая доля соляной кислоты (HCl) составляет 1,35 %, а массовая доля хлорида натрия (NaCl) — 2,14 %.