Номер 85, страница 20 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

85. В воде массой 250 г осторожно растворили натрий массой 6,88 г. Рассчитайте массовую долю щёлочи в полученном растворе.

Дано:

$m(H_2O) = 250 \text{ г}$

$m(Na) = 6,88 \text{ г}$

$m(H_2O) = 250 \text{ г} = 0,250 \text{ кг}$

$m(Na) = 6,88 \text{ г} = 0,00688 \text{ кг}$

Найти:

$\omega(щёлочи) - ?$

Решение:

1. При растворении натрия в воде происходит химическая реакция, в результате которой образуется щёлочь — гидроксид натрия ($NaOH$) — и выделяется газообразный водород ($H_2$). Запишем уравнение этой реакции:

$2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2 \uparrow$

2. Для проведения расчетов нам понадобятся молярные массы веществ. Используем относительные атомные массы из Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, округленные до целых чисел: $Ar(Na) = 23$, $Ar(H) = 1$, $Ar(O) = 16$.

Молярная масса натрия ($Na$):

$M(Na) = 23 \text{ г/моль}$

Молярная масса гидроксида натрия ($NaOH$):

$M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40 \text{ г/моль}$

Молярная масса водорода ($H_2$):

$M(H_2) = 2 \cdot 1 = 2 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества (число молей) натрия, вступившего в реакцию. Для удобства дальнейших расчетов будем использовать граммы.

$n(Na) = \frac{m(Na)}{M(Na)} = \frac{6,88 \text{ г}}{23 \text{ г/моль}} \approx 0,2991 \text{ моль}$

4. По уравнению реакции определим количество вещества образовавшейся щёлочи ($NaOH$) и выделившегося водорода ($H_2$).

Из уравнения видно, что соотношение количеств веществ $n(Na) : n(NaOH) : n(H_2)$ равно $2 : 2 : 1$.

Количество вещества щёлочи:

$n(NaOH) = n(Na) \approx 0,2991 \text{ моль}$

Количество вещества водорода:

$n(H_2) = \frac{1}{2} n(Na) \approx \frac{1}{2} \cdot 0,2991 \text{ моль} \approx 0,1496 \text{ моль}$

5. Рассчитаем массу образовавшейся щёлочи (растворенного вещества) и массу выделившегося водорода.

Масса щёлочи:

$m(NaOH) = n(NaOH) \cdot M(NaOH) \approx 0,2991 \text{ моль} \cdot 40 \text{ г/моль} \approx 11,964 \text{ г}$

Масса водорода:

$m(H_2) = n(H_2) \cdot M(H_2) \approx 0,1496 \text{ моль} \cdot 2 \text{ г/моль} \approx 0,299 \text{ г}$

6. Найдем массу конечного раствора. Она будет равна сумме масс исходных компонентов (воды и натрия) за вычетом массы улетевшего газа (водорода), так как он не является частью раствора.

$m(\text{раствора}) = m(H_2O) + m(Na) - m(H_2)$

$m(\text{раствора}) \approx 250 \text{ г} + 6,88 \text{ г} - 0,299 \text{ г} = 256,581 \text{ г}$

7. Рассчитаем массовую долю ($\omega$) щёлочи ($NaOH$) в полученном растворе. Массовая доля - это отношение массы растворенного вещества к массе всего раствора.

$\omega(NaOH) = \frac{m(NaOH)}{m(\text{раствора})} \cdot 100\%$

$\omega(NaOH) \approx \frac{11,964 \text{ г}}{256,581 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 4,66\%$

Ответ: массовая доля щёлочи в полученном растворе составляет 4,66%.