Готовимся к олимпиадам, страница 43 - гдз по химии 8 класс учебник Шиманович, Красицкий

Готовимся к олимпиадам

1. Рассчитайте химическое количество азотной кислоты, необходимой для полной нейтрализации смеси $KOH$ и $NaOH$ общей массой 20 г, в которой массовая доля вещества с меньшей молярной массой равна 16 %.

Дано:
$m(\text{смеси KOH и NaOH}) = 20$ г
$\omega(\text{вещества с меньшей M}) = 16 \% = 0.16$

Найти:
$n(HNO_3)$ - ?

Решение:
Первым шагом определим, какое из веществ в смеси ($KOH$ или $NaOH$) имеет меньшую молярную массу. Для этого рассчитаем их молярные массы, используя периодическую таблицу химических элементов.

Молярная масса гидроксида натрия ($NaOH$):
$M(NaOH) = M(Na) + M(O) + M(H) = 23 + 16 + 1 = 40$ г/моль.

Молярная масса гидроксида калия ($KOH$):
$M(KOH) = M(K) + M(O) + M(H) = 39 + 16 + 1 = 56$ г/моль.

Сравнивая полученные значения ($40 \text{ г/моль} < 56 \text{ г/моль}$), приходим к выводу, что вещество с меньшей молярной массой — это гидроксид натрия ($NaOH$). Согласно условию, его массовая доля в смеси составляет 16%.

Теперь рассчитаем массы каждого из гидроксидов в 20 г смеси.
Масса гидроксида натрия:
$m(NaOH) = m(\text{смеси}) \cdot \omega(NaOH) = 20 \text{ г} \cdot 0.16 = 3.2$ г.
Масса гидроксида калия будет равна разности общей массы смеси и массы гидроксида натрия:
$m(KOH) = m(\text{смеси}) - m(NaOH) = 20 \text{ г} - 3.2 \text{ г} = 16.8$ г.

Далее найдем химическое количество (число молей) каждого основания в смеси по формуле $n = m/M$.
Химическое количество гидроксида натрия:
$n(NaOH) = \frac{m(NaOH)}{M(NaOH)} = \frac{3.2 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} = 0.08$ моль.
Химическое количество гидроксида калия:
$n(KOH) = \frac{m(KOH)}{M(KOH)} = \frac{16.8 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} = 0.3$ моль.

Реакция нейтрализации представляет собой взаимодействие основания с кислотой. Запишем уравнения реакций для каждого гидроксида с азотной кислотой ($HNO_3$):
$NaOH + HNO_3 \rightarrow NaNO_3 + H_2O$
$KOH + HNO_3 \rightarrow KNO_3 + H_2O$

Из стехиометрических коэффициентов в уравнениях реакций видно, что для нейтрализации 1 моль $NaOH$ требуется 1 моль $HNO_3$, и для нейтрализации 1 моль $KOH$ также требуется 1 моль $HNO_3$. Таким образом, химические количества реагирующих веществ соотносятся как 1:1.
$n_1(HNO_3) = n(NaOH) = 0.08$ моль.
$n_2(HNO_3) = n(KOH) = 0.3$ моль.

Общее химическое количество азотной кислоты, необходимое для полной нейтрализации всей смеси, равно сумме количеств кислоты, требуемых для реакции с каждым из оснований:
$n_{общ}(HNO_3) = n_1(HNO_3) + n_2(HNO_3) = 0.08 \text{ моль} + 0.3 \text{ моль} = 0.38$ моль.

Ответ: для полной нейтрализации смеси необходимо 0.38 моль азотной кислоты.