Номер 343, страница 72 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

343. Соль какой массой образуется при пропускании оксида серы(IV) объёмом (н. у.) 672 $ \text{см}^3 $ через раствор массой 208 г с массовой долей гидроксида калия, равной 12,2 %?

Дано:

$V(SO_2) = 672 \text{ см}^3$ (н. у.)

$m_{р-ра}(KOH) = 208 \text{ г}$

$\omega(KOH) = 12,2 \% = 0,122$

Найти:

$m(\text{соли}) - ?$

Решение:

1. При пропускании оксида серы(IV) (кислотного оксида) через раствор гидроксида калия (щелочи) возможно образование двух солей: средней (сульфита калия, $K_2SO_3$) или кислой (гидросульфита калия, $KHSO_3$). Продукт реакции зависит от мольного соотношения реагентов.

Уравнение реакции образования средней соли (протекает при избытке щелочи):

$SO_2 + 2KOH \rightarrow K_2SO_3 + H_2O$

Уравнение реакции образования кислой соли (протекает при недостатке щелочи или избытке оксида):

$SO_2 + KOH \rightarrow KHSO_3$

2. Для определения, какая из реакций будет протекать, найдем количество вещества каждого из реагентов.

Вычислим количество вещества оксида серы(IV). Так как объем дан при нормальных условиях (н. у.), используем молярный объем газа $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$.

Сначала переведем объем $SO_2$ из $см^3$ в литры: $V(SO_2) = 672 \text{ см}^3 = 0,672 \text{ л}$.

Теперь найдем количество вещества $SO_2$:

$n(SO_2) = \frac{V(SO_2)}{V_m} = \frac{0,672 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,03 \text{ моль}$

3. Вычислим массу чистого гидроксида калия в растворе, а затем его количество вещества.

Масса $KOH$ в растворе:

$m(KOH) = m_{р-ра}(KOH) \cdot \omega(KOH) = 208 \text{ г} \cdot 0,122 = 25,376 \text{ г}$

Молярная масса гидроксида калия $M(KOH)$:

$M(KOH) = M(K) + M(O) + M(H) = 39 + 16 + 1 = 56 \text{ г/моль}$

Количество вещества $KOH$:

$n(KOH) = \frac{m(KOH)}{M(KOH)} = \frac{25,376 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} \approx 0,453 \text{ моль}$

4. Сравним мольное соотношение реагентов, чтобы определить, какая соль образуется.

Для образования средней соли $K_2SO_3$ требуется соотношение $n(KOH) : n(SO_2) = 2 : 1$.

Для образования кислой соли $KHSO_3$ требуется соотношение $n(KOH) : n(SO_2) = 1 : 1$.

Найдем фактическое соотношение реагентов в задаче:

$\frac{n(KOH)}{n(SO_2)} = \frac{0,453 \text{ моль}}{0,03 \text{ моль}} \approx 15,1$

Так как полученное соотношение $15,1$ значительно больше $2$, гидроксид калия находится в большом избытке по отношению к оксиду серы(IV). Это означает, что реакция пойдет до образования средней соли, сульфита калия ($K_2SO_3$). Оксид серы(IV) является лимитирующим реагентом, поэтому все дальнейшие расчеты будем вести по нему.

5. Рассчитаем массу образовавшейся соли $K_2SO_3$ на основе уравнения:

$SO_2 + 2KOH \rightarrow K_2SO_3 + H_2O$

Из уравнения реакции следует, что из 1 моль $SO_2$ образуется 1 моль $K_2SO_3$. Следовательно, количество вещества образовавшейся соли равно количеству вещества прореагировавшего $SO_2$:

$n(K_2SO_3) = n(SO_2) = 0,03 \text{ моль}$

Вычислим молярную массу сульфита калия $M(K_2SO_3)$:

$M(K_2SO_3) = 2 \cdot M(K) + M(S) + 3 \cdot M(O) = 2 \cdot 39 + 32 + 3 \cdot 16 = 78 + 32 + 48 = 158 \text{ г/моль}$

Теперь найдем массу образовавшейся соли:

$m(K_2SO_3) = n(K_2SO_3) \cdot M(K_2SO_3) = 0,03 \text{ моль} \cdot 158 \text{ г/моль} = 4,74 \text{ г}$

Ответ: образуется 4,74 г соли (сульфита калия).