Номер 713, страница 119 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

713. *К раствору массой 50 г с массовой долей азотной кислоты 12,6 % добавили раствор гидроксида калия, содержащего 0,11 моль КОН. Объём раствора довели водой до 100 см³. Рассчитайте рН приготовленного раствора.

Дано:

$m_{р-ра}(HNO_3) = 50 \text{ г}$

$\omega(HNO_3) = 12,6 \% = 0,126$

$n(KOH) = 0,11 \text{ моль}$

$V_{конечн. р-ра} = 100 \text{ см}^3 = 0,1 \text{ л}$

Найти:

pH - ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции нейтрализации между азотной кислотой и гидроксидом калия:

$HNO_3 + KOH \rightarrow KNO_3 + H_2O$

2. Рассчитаем количество вещества ($n$) азотной кислоты в исходном растворе. Сначала найдем массу чистого вещества $HNO_3$:

$m(HNO_3) = m_{р-ра}(HNO_3) \cdot \omega(HNO_3) = 50 \text{ г} \cdot 0,126 = 6,3 \text{ г}$

Молярная масса азотной кислоты $M(HNO_3)$ составляет:

$M(HNO_3) = 1 + 14 + 3 \cdot 16 = 63 \text{ г/моль}$

Теперь найдем количество вещества азотной кислоты:

$n(HNO_3) = \frac{m(HNO_3)}{M(HNO_3)} = \frac{6,3 \text{ г}}{63 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

3. Сравним количества веществ реагентов, чтобы определить, какое из них находится в избытке. По условию дано $n(KOH) = 0,11 \text{ моль}$, а мы рассчитали $n(HNO_3) = 0,1 \text{ моль}$.

Согласно уравнению реакции, реагенты взаимодействуют в стехиометрическом соотношении 1:1. Поскольку $n(KOH) > n(HNO_3)$ ($0,11 \text{ моль} > 0,1 \text{ моль}$), гидроксид калия находится в избытке, а азотная кислота прореагирует полностью. Следовательно, среда в конечном растворе будет щелочной.

4. Рассчитаем количество вещества избыточного гидроксида калия, которое останется в растворе после реакции:

$n_{изб}(KOH) = n_{исх}(KOH) - n_{прореаг}(KOH)$

Количество прореагировавшего $KOH$ равно количеству $HNO_3$:

$n_{прореаг}(KOH) = n(HNO_3) = 0,1 \text{ моль}$

$n_{изб}(KOH) = 0,11 \text{ моль} - 0,1 \text{ моль} = 0,01 \text{ моль}$

5. Рассчитаем молярную концентрацию избытка гидроксида калия в конечном растворе, объем которого составляет $V_{конечн. р-ра} = 0,1 \text{ л}$:

$C(KOH) = \frac{n_{изб}(KOH)}{V_{конечн. р-ра}} = \frac{0,01 \text{ моль}}{0,1 \text{ л}} = 0,1 \text{ моль/л}$

6. Гидроксид калия является сильным основанием и в водном растворе полностью диссоциирует на ионы:

$KOH \leftrightarrow K^+ + OH^-$

Поэтому концентрация гидроксид-ионов $[OH^-]$ в растворе будет равна концентрации избытка $KOH$:

$[OH^-] = C(KOH) = 0,1 \text{ моль/л} = 10^{-1} \text{ моль/л}$

7. Рассчитаем гидроксильный показатель pOH:

$pOH = -\lg[OH^-] = -\lg(10^{-1}) = 1$

8. Зная pOH, найдем водородный показатель pH, используя соотношение $pH + pOH = 14$ (при 25 °C):

$pH = 14 - pOH = 14 - 1 = 13$

Ответ: pH приготовленного раствора равен 13.