Номер 804, страница 145 - гдз по химии 8 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

804. Хлороводород объёмом (н. у.) $8,68 \text{ дм}^3$ растворили в воде объёмом $0,668 \text{ дм}^3$. При этом образовался раствор объёмом $1,000 \text{ дм}^3$ и массой 1006 г. К аликвоте полученного раствора объёмом $25,00 \text{ см}^3$ добавили навеску гидроксида натрия массой 840 мг и тщательно перемешали.

а) Рассчитайте массовую долю хлорида натрия в полученном растворе.

б) Осадок какой массой образуется при добавлении этого раствора к избытку водного раствора нитрата серебра? Приведите уравнения протекающих реакций и ваши расчёты.

Дано:

$V(\text{HCl})$ (н. у.) = 8,68 дм³
$V(\text{H}_2\text{O})$ = 0,668 дм³
$V_{\text{р-ра 1}}$ = 1,000 дм³
$m_{\text{р-ра 1}}$ = 1006 г
$V_{\text{аликвоты}}$ = 25,00 см³
$m(\text{NaOH})$ = 840 мг

Перевод в СИ и другие стандартные единицы:
$V(\text{HCl})$ = 8,68 л
$V_{\text{р-ра 1}}$ = 1,000 л = 1000 см³
$m_{\text{р-ра 1}}$ = 1,006 кг
$V_{\text{аликвоты}}$ = 0,025 л = 25,00 см³
$m(\text{NaOH})$ = 0,840 г

Найти:

a) $\omega(\text{NaCl})$ в конечном растворе
b) $m_{\text{осадка}}$

Решение:

Вначале проанализируем исходные данные для приготовления раствора соляной кислоты. Масса хлороводорода, рассчитанная по его объему при нормальных условиях ($V_m = 22,4$ л/моль), и масса воды, рассчитанная по ее объему (при плотности $\rho(\text{H}_2\text{O}) \approx 1$ г/см³), не соответствуют указанной массе полученного раствора.

Масса HCl: $n(\text{HCl}) = \frac{V(\text{HCl})}{V_m} = \frac{8,68 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,3875$ моль.
$M(\text{HCl}) = 36,5$ г/моль.
$m(\text{HCl}) = n(\text{HCl}) \times M(\text{HCl}) = 0,3875 \text{ моль} \times 36,5 \text{ г/моль} \approx 14,14$ г.
Масса воды: $m(\text{H}_2\text{O}) = V(\text{H}_2\text{O}) \times \rho(\text{H}_2\text{O}) = 0,668 \text{ дм³} \times 1000 \text{ г/дм³} = 668$ г.
Суммарная масса: $14,14 \text{ г} + 668 \text{ г} = 682,14$ г.

Эта масса ($682,14$ г) значительно отличается от указанной в условии массы раствора ($1006$ г). В таких случаях наиболее вероятно, что количество растворенного вещества (HCl) и характеристики конечного раствора (масса и объем) являются верными, а данные о количестве растворителя (воды) приведены с ошибкой. Поэтому в дальнейших расчетах будем использовать количество HCl, равное $0,3875$ моль, и массу исходного раствора $1006$ г объемом $1,000$ дм³.

1. Найдем молярную концентрацию и плотность исходного раствора соляной кислоты.
Молярная концентрация $C(\text{HCl})$:
$C(\text{HCl}) = \frac{n(\text{HCl})}{V_{\text{р-ра 1}}} = \frac{0,3875 \text{ моль}}{1,000 \text{ дм³}} = 0,3875$ моль/дм³.
Плотность раствора $\rho_{\text{р-ра 1}}$:
$\rho_{\text{р-ра 1}} = \frac{m_{\text{р-ра 1}}}{V_{\text{р-ра 1}}} = \frac{1006 \text{ г}}{1000 \text{ см³}} = 1,006$ г/см³.

2. Рассчитаем количество вещества HCl в аликвоте и количество добавленного NaOH.
Количество HCl в аликвоте объемом $25,00$ см³ ($0,02500$ дм³):
$n(\text{HCl})_{\text{аликвота}} = C(\text{HCl}) \times V_{\text{аликвоты}} = 0,3875 \text{ моль/дм³} \times 0,02500 \text{ дм³} = 0,0096875$ моль.
Количество NaOH: $m(\text{NaOH}) = 840$ мг = $0,840$ г.
$M(\text{NaOH}) = 23 + 16 + 1 = 40,0$ г/моль.
$n(\text{NaOH}) = \frac{m(\text{NaOH})}{M(\text{NaOH})} = \frac{0,840 \text{ г}}{40,0 \text{ г/моль}} = 0,021$ моль.

3. Проведем расчеты для реакции нейтрализации.Уравнение реакции: $\text{HCl} + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}$.Соотношение реагентов 1:1. Сравним количество молей:
$n(\text{HCl})_{\text{аликвота}} = 0,0096875$ моль < $n(\text{NaOH}) = 0,021$ моль.Следовательно, соляная кислота является лимитирующим реагентом и прореагирует полностью, а гидроксид натрия находится в избытке.

a) Рассчитайте массовую долю хлорида натрия в полученном растворе.

Количество образовавшегося хлорида натрия NaCl равно количеству прореагировавшей кислоты:
$n(\text{NaCl}) = n(\text{HCl})_{\text{аликвота}} = 0,0096875$ моль.
Масса образовавшегося NaCl:
$M(\text{NaCl}) = 23 + 35,5 = 58,5$ г/моль.
$m(\text{NaCl}) = n(\text{NaCl}) \times M(\text{NaCl}) = 0,0096875 \text{ моль} \times 58,5 \text{ г/моль} \approx 0,5667$ г.
Масса конечного раствора складывается из массы аликвоты соляной кислоты и массы добавленного гидроксида натрия.
Масса аликвоты: $m_{\text{аликвоты}} = V_{\text{аликвоты}} \times \rho_{\text{р-ра 1}} = 25,00 \text{ см³} \times 1,006 \text{ г/см³} = 25,15$ г.
Масса конечного раствора: $m_{\text{р-ра 2}} = m_{\text{аликвоты}} + m(\text{NaOH}) = 25,15 \text{ г} + 0,840 \text{ г} = 25,99$ г.
Массовая доля хлорида натрия в полученном растворе:
$\omega(\text{NaCl}) = \frac{m(\text{NaCl})}{m_{\text{р-ра 2}}} = \frac{0,5667 \text{ г}}{25,99 \text{ г}} \approx 0,0218$ или $2,18\%$.

Ответ: Массовая доля хлорида натрия в полученном растворе составляет $0,0218$ или $2,18\%$.

b) Осадок какой массой образуется при добавлении этого раствора к избытку водного раствора нитрата серебра? Приведите уравнения протекающих реакций и ваши расчёты.

Раствор, полученный в пункте а), содержит хлорид натрия (NaCl) и избыток гидроксида натрия (NaOH). Оба вещества будут реагировать с нитратом серебра ($AgNO_3$), образуя осадки.
1. Реакция с хлоридом натрия:$\text{NaCl} + \text{AgNO}_3 \rightarrow \text{AgCl}\downarrow + \text{NaNO}_3$
2. Реакция с гидроксидом натрия. Гидроксид серебра AgOH нестабилен и разлагается на оксид серебра(I) и воду:$2\text{NaOH} + 2\text{AgNO}_3 \rightarrow 2\text{AgOH}\downarrow + 2\text{NaNO}_3$
$2\text{AgOH} \rightarrow \text{Ag}_2\text{O}\downarrow + \text{H}_2\text{O}$
Суммарное уравнение: $2\text{NaOH} + 2\text{AgNO}_3 \rightarrow \text{Ag}_2\text{O}\downarrow + 2\text{NaNO}_3 + \text{H}_2\text{O}$

Рассчитаем массу каждого осадка.
Масса осадка хлорида серебра (AgCl):
$n(\text{AgCl}) = n(\text{NaCl}) = 0,0096875$ моль.
$M(\text{AgCl}) = 107,9 + 35,5 = 143,4$ г/моль.
$m(\text{AgCl}) = n(\text{AgCl}) \times M(\text{AgCl}) = 0,0096875 \text{ моль} \times 143,4 \text{ г/моль} \approx 1,389$ г.

Масса осадка оксида серебра ($Ag_2O$):
Сначала найдем количество избыточного NaOH:
$n(\text{NaOH})_{\text{изб.}} = n(\text{NaOH})_{\text{исх.}} - n(\text{NaOH})_{\text{прореаг.}} = 0,021 \text{ моль} - 0,0096875 \text{ моль} = 0,0113125$ моль.
По уравнению реакции $2\text{NaOH} \rightarrow \text{Ag}_2\text{O}$, количество оксида серебра в два раза меньше количества гидроксида натрия:
$n(\text{Ag}_2\text{O}) = \frac{n(\text{NaOH})_{\text{изб.}}}{2} = \frac{0,0113125 \text{ моль}}{2} = 0,00565625$ моль.
$M(\text{Ag}_2\text{O}) = 2 \times 107,9 + 16,0 = 231,8$ г/моль.
$m(\text{Ag}_2\text{O}) = n(\text{Ag}_2\text{O}) \times M(\text{Ag}_2\text{O}) = 0,00565625 \text{ моль} \times 231,8 \text{ г/моль} \approx 1,311$ г.

Общая масса осадка равна сумме масс AgCl и $Ag_2O$:
$m_{\text{осадка}} = m(\text{AgCl}) + m(\text{Ag}_2\text{O}) = 1,389 \text{ г} + 1,311 \text{ г} = 2,700$ г.

Ответ: Масса образовавшегося осадка составит 2,70 г.