Номер 890, страница 144 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

890. *При осторожном нагревании бертолетовой соли без катализатора одновременно протекают два процесса. В результате одного из них исходная соль превращается в смесь перхлората калия $KClO_4$ и хлорида калия, а в результате второго — образуется кислород. При нагревании навески бертолетовой соли массой 4,86 г выделился кислород объёмом (н. у.) 620 $см^3$. Считая, что вся бертолетова соль вступила в реакции, рассчитайте, какое химическое количество перхлората калия содержится в полученной смеси твёрдых продуктов разложения.

Дано:

$m(\text{KClO}_3) = 4,86 \text{ г}$

$V(\text{O}_2) = 620 \text{ см}^3 \text{ (н. у.)}$

$m(\text{KClO}_3) = 4,86 \text{ г} = 4,86 \cdot 10^{-3} \text{ кг}$

$V(\text{O}_2) = 620 \text{ см}^3 = 6,2 \cdot 10^{-4} \text{ м}^3$

Найти:

$n(\text{KClO}_4) - ?$

Решение:

При осторожном нагревании бертолетовой соли (хлората калия, $\text{KClO}_3$) без катализатора протекают два параллельных процесса. Запишем уравнения этих реакций:

1. Реакция диспропорционирования с образованием перхлората калия и хлорида калия:

$4\text{KClO}_3 \xrightarrow{t} 3\text{KClO}_4 + \text{KCl}$

2. Реакция разложения с выделением кислорода:

$2\text{KClO}_3 \xrightarrow{t} 2\text{KCl} + 3\text{O}_2\uparrow$

Общее количество вещества исходной бертолетовой соли ($n_{\text{общ}}$) расходуется на обе реакции. Обозначим количество $\text{KClO}_3$, вступившее в первую реакцию, как $n_1$, а во вторую — как $n_2$.

$n_{\text{общ}}(\text{KClO}_3) = n_1(\text{KClO}_3) + n_2(\text{KClO}_3)$

1. Рассчитаем общее химическое количество исходной бертолетовой соли. Для этого сначала найдем её молярную массу:

$M(\text{KClO}_3) = M(\text{K}) + M(\text{Cl}) + 3 \cdot M(\text{O}) = 39 + 35,5 + 3 \cdot 16 = 122,5 \text{ г/моль}$

Теперь найдем общее химическое количество $\text{KClO}_3$:

$n_{\text{общ}}(\text{KClO}_3) = \frac{m(\text{KClO}_3)}{M(\text{KClO}_3)} = \frac{4,86 \text{ г}}{122,5 \text{ г/моль}} \approx 0,039673 \text{ моль}$

2. Рассчитаем количество вещества $\text{KClO}_3$, которое разложилось по второй реакции ($n_2$), используя объем выделившегося кислорода. Объем дан при нормальных условиях (н. у.), поэтому молярный объем газа $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$.

Переведем объем кислорода в литры:

$V(\text{O}_2) = 620 \text{ см}^3 = 0,620 \text{ л}$

Найдем химическое количество кислорода:

$n(\text{O}_2) = \frac{V(\text{O}_2)}{V_m} = \frac{0,620 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} \approx 0,027679 \text{ моль}$

Согласно уравнению второй реакции ($2\text{KClO}_3 \rightarrow 2\text{KCl} + 3\text{O}_2$), мольное соотношение $n(\text{KClO}_3) : n(\text{O}_2) = 2 : 3$. Отсюда находим $n_2(\text{KClO}_3)$:

$n_2(\text{KClO}_3) = \frac{2}{3} n(\text{O}_2) = \frac{2}{3} \cdot 0,027679 \text{ моль} \approx 0,018453 \text{ моль}$

3. Теперь можем найти химическое количество $\text{KClO}_3$, вступившее в первую реакцию ($n_1$):

$n_1(\text{KClO}_3) = n_{\text{общ}}(\text{KClO}_3) - n_2(\text{KClO}_3) = 0,039673 \text{ моль} - 0,018453 \text{ моль} = 0,02122 \text{ моль}$

4. Наконец, используя уравнение первой реакции ($4\text{KClO}_3 \rightarrow 3\text{KClO}_4 + \text{KCl}$), рассчитаем химическое количество образовавшегося перхлората калия $\text{KClO}_4$. Мольное соотношение $n(\text{KClO}_3) : n(\text{KClO}_4) = 4 : 3$.

$n(\text{KClO}_4) = \frac{3}{4} n_1(\text{KClO}_3) = \frac{3}{4} \cdot 0,02122 \text{ моль} \approx 0,015915 \text{ моль}$

Округляя результат до трех значащих цифр (в соответствии с точностью исходных данных), получаем:

$n(\text{KClO}_4) \approx 0,0159 \text{ моль}$

Ответ: химическое количество перхлората калия в полученной смеси твёрдых продуктов разложения составляет 0,0159 моль.