Номер 10, страница 227 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

10. Углекислый газ объёмом $0,784 \text{ дм}^3$ (н. у.) был полностью поглощён раствором, содержащим гидроксид натрия химическим количеством 0,04 моль. Определите массы полученных солей.

Дано:

$V(\text{CO}_2) = 0,784 \text{ дм}^3$ (н. у.)

$n(\text{NaOH}) = 0,04 \text{ моль}$

Найти:

$m(\text{солей}) - ?$

Решение:

1. Найдем химическое количество углекислого газа, поглощенного раствором. Так как газ находится при нормальных условиях (н. у.), используем молярный объем газов $V_m = 22,4 \text{ дм}^3/\text{моль}$:

$n(\text{CO}_2) = \frac{V(\text{CO}_2)}{V_m} = \frac{0,784 \text{ дм}^3}{22,4 \text{ дм}^3/\text{моль}} = 0,035 \text{ моль}$

2. Определим, какие соли образуются в результате реакции. Реакция между углекислым газом (кислотным оксидом) и гидроксидом натрия (щелочью) может приводить к образованию средней соли (карбоната натрия) или кислой соли (гидрокарбоната натрия), в зависимости от соотношения реагентов.

Возможные реакции:

$2\text{NaOH} + \text{CO}_2 \rightarrow \text{Na}_2\text{CO}_3 + \text{H}_2\text{O}$ (1)

$\text{NaOH} + \text{CO}_2 \rightarrow \text{NaHCO}_3$ (2)

Найдем мольное соотношение щелочи и оксида:

$\frac{n(\text{NaOH})}{n(\text{CO}_2)} = \frac{0,04 \text{ моль}}{0,035 \text{ моль}} \approx 1,14$

Так как соотношение $1 < 1,14 < 2$, это означает, что в результате реакции образуется смесь двух солей: карбоната натрия $(\text{Na}_2\text{CO}_3)$ и гидрокарбоната натрия $(\text{NaHCO}_3)$.

3. Рассчитаем химические количества образовавшихся солей. Пусть $x$ моль $\text{CO}_2$ прореагировало по уравнению (1), а $y$ моль $\text{CO}_2$ прореагировало по уравнению (2).

Тогда общее количество $\text{CO}_2$: $x + y = 0,035$ моль.

Согласно уравнениям реакций, на $x$ моль $\text{CO}_2$ в реакции (1) расходуется $2x$ моль $\text{NaOH}$, а на $y$ моль $\text{CO}_2$ в реакции (2) расходуется $y$ моль $\text{NaOH}$.

Общее количество $\text{NaOH}$: $2x + y = 0,04$ моль.

Получаем систему уравнений:

$\begin{cases} x + y = 0,035 \\ 2x + y = 0,04 \end{cases}$

Вычтем из второго уравнения первое:

$(2x + y) - (x + y) = 0,04 - 0,035$

$x = 0,005 \text{ моль}$

Подставим значение $x$ в первое уравнение:

$0,005 + y = 0,035$

$y = 0,035 - 0,005 = 0,03 \text{ моль}$

Таким образом, в результате реакции образовалось:

$n(\text{Na}_2\text{CO}_3) = x = 0,005 \text{ моль}$

$n(\text{NaHCO}_3) = y = 0,03 \text{ моль}$

4. Рассчитаем массы полученных солей, используя формулу $m = n \cdot M$.

Молярная масса карбоната натрия:

$M(\text{Na}_2\text{CO}_3) = 2 \cdot 23 + 12 + 3 \cdot 16 = 106 \text{ г/моль}$

Масса карбоната натрия:

$m(\text{Na}_2\text{CO}_3) = n(\text{Na}_2\text{CO}_3) \cdot M(\text{Na}_2\text{CO}_3) = 0,005 \text{ моль} \cdot 106 \text{ г/моль} = 0,53 \text{ г}$

Молярная масса гидрокарбоната натрия:

$M(\text{NaHCO}_3) = 23 + 1 + 12 + 3 \cdot 16 = 84 \text{ г/моль}$

Масса гидрокарбоната натрия:

$m(\text{NaHCO}_3) = n(\text{NaHCO}_3) \cdot M(\text{NaHCO}_3) = 0,03 \text{ моль} \cdot 84 \text{ г/моль} = 2,52 \text{ г}$

Ответ: масса карбоната натрия $(\text{Na}_2\text{CO}_3)$ равна 0,53 г, масса гидрокарбоната натрия $(\text{NaHCO}_3)$ равна 2,52 г.