Номер 712, страница 118 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

712. *К раствору массой 100 г с массовой долей гидроксида натрия 4,0 % добавили соляную кислоту, содержащую 0,11 моль хлороводорода. Объём раствора довели водой до $1,00 \text{ дм}^3$. Рассчитайте $pH$ приготовленного раствора.

Дано:

$m(р-ра~NaOH) = 100~г$

$\omega(NaOH) = 4,0~\% = 0,04$

$n(HCl) = 0,11~моль$

$V(конечн.~р-ра) = 1,00~дм^3$

$V(конечн.~р-ра) = 1,00~дм^3 = 1,00~л$

Найти:

$pH$ — ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции нейтрализации между гидроксидом натрия (сильное основание) и соляной кислотой (сильная кислота):

$NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_2O$

2. Рассчитаем массу чистого гидроксида натрия в исходном 4%-м растворе:

$m(NaOH) = m(р-ра~NaOH) \cdot \omega(NaOH) = 100~г \cdot 0,04 = 4,0~г$

3. Найдем количество вещества гидроксида натрия. Для этого вычислим его молярную массу:

$M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40~г/моль$

Теперь определим количество вещества (моль) $NaOH$:

$n(NaOH) = \frac{m(NaOH)}{M(NaOH)} = \frac{4,0~г}{40~г/моль} = 0,10~моль$

4. Сравним количества веществ реагентов. Согласно уравнению реакции, $NaOH$ и $HCl$ реагируют в стехиометрическом соотношении 1:1.

Исходное количество $NaOH$: $0,10~моль$

Исходное количество $HCl$: $0,11~моль$

Поскольку количество моль соляной кислоты ($0,11~моль$) больше, чем количество моль гидроксида натрия ($0,10~моль$), гидроксид натрия является лимитирующим реагентом и прореагирует полностью, а соляная кислота находится в избытке. Среда конечного раствора будет кислой, и ее $pH$ будет определяться концентрацией избыточной кислоты.

5. Рассчитаем количество вещества соляной кислоты, оставшейся в избытке после реакции:

$n_{изб}(HCl) = n_{исх}(HCl) - n_{прореаг}(HCl) = 0,11~моль - 0,10~моль = 0,01~моль$

6. Найдем молярную концентрацию избыточной соляной кислоты в конечном растворе, объем которого был доведен водой до $1,00~дм^3$ (что равно $1,00~л$):

$C(HCl) = \frac{n_{изб}(HCl)}{V(конечн.~р-ра)} = \frac{0,01~моль}{1,00~л} = 0,01~моль/л$

7. Соляная кислота является сильной кислотой и в водном растворе полностью диссоциирует на ионы:

$HCl \rightarrow H^+ + Cl^-$

Таким образом, концентрация ионов водорода $[H^+]$ в растворе равна молярной концентрации избыточной кислоты:

$[H^+] = C(HCl) = 0,01~моль/л = 10^{-2}~моль/л$

8. Рассчитаем водородный показатель ($pH$) раствора по формуле:

$pH = -lg[H^+]$

$pH = -lg(10^{-2}) = -(-2) = 2$

Ответ: $pH$ приготовленного раствора равен 2.