Номер 527, страница 99 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

527. Оксид углерода(IV) какой массой образуется при обработке смеси, содержащей $CaCO_3$ массой 20,0 г и $Na_2CO_3$ массой 10,6 г, соляной кислотой массой 200 г с массовой долей хлороводорода 20,0 % ?

Дано:

$m(CaCO_3) = 20,0 \text{ г}$

$m(Na_2CO_3) = 10,6 \text{ г}$

$m(\text{р-ра } HCl) = 200 \text{ г}$

$w(HCl) = 20,0 \% = 0,200$

Найти:

$m(CO_2) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнения химических реакций, протекающих при обработке смеси карбонатов соляной кислотой:

$CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2\uparrow$ (1)

$Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2\uparrow$ (2)

2. Рассчитаем молярные массы веществ, участвующих в расчетах:

$M(CaCO_3) = 40,08 + 12,01 + 3 \cdot 16,00 \approx 100 \text{ г/моль}$

$M(Na_2CO_3) = 2 \cdot 22,99 + 12,01 + 3 \cdot 16,00 \approx 106 \text{ г/моль}$

$M(HCl) = 1,01 + 35,45 \approx 36,5 \text{ г/моль}$

$M(CO_2) = 12,01 + 2 \cdot 16,00 \approx 44 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества (в молях) для каждого из исходных реагентов.

Количество вещества карбоната кальция:

$n(CaCO_3) = \frac{m(CaCO_3)}{M(CaCO_3)} = \frac{20,0 \text{ г}}{100 \text{ г/моль}} = 0,2 \text{ моль}$

Количество вещества карбоната натрия:

$n(Na_2CO_3) = \frac{m(Na_2CO_3)}{M(Na_2CO_3)} = \frac{10,6 \text{ г}}{106 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

Масса чистого хлороводорода в растворе:

$m(HCl) = m(\text{р-ра } HCl) \cdot w(HCl) = 200 \text{ г} \cdot 0,200 = 40,0 \text{ г}$

Количество вещества хлороводорода:

$n(HCl) = \frac{m(HCl)}{M(HCl)} = \frac{40,0 \text{ г}}{36,5 \text{ г/моль}} \approx 1,096 \text{ моль}$

4. Определим, какое из веществ находится в недостатке. Для этого рассчитаем, какое количество $HCl$ необходимо для полного протекания реакций с данными массами карбонатов.

По уравнению (1), на 1 моль $CaCO_3$ требуется 2 моль $HCl$. Следовательно, для реакции с 0,2 моль $CaCO_3$ необходимо:

$n_1(HCl)_{\text{необх}} = 2 \cdot n(CaCO_3) = 2 \cdot 0,2 \text{ моль} = 0,4 \text{ моль}$

По уравнению (2), на 1 моль $Na_2CO_3$ требуется 2 моль $HCl$. Следовательно, для реакции с 0,1 моль $Na_2CO_3$ необходимо:

$n_2(HCl)_{\text{необх}} = 2 \cdot n(Na_2CO_3) = 2 \cdot 0,1 \text{ моль} = 0,2 \text{ моль}$

Общее необходимое количество $HCl$:

$n(HCl)_{\text{необх}} = n_1(HCl)_{\text{необх}} + n_2(HCl)_{\text{необх}} = 0,4 \text{ моль} + 0,2 \text{ моль} = 0,6 \text{ моль}$

Сравним необходимое количество $HCl$ с имеющимся: $0,6 \text{ моль} < 1,096 \text{ моль}$.

Соляная кислота находится в избытке, а карбонаты кальция и натрия прореагируют полностью. Расчет массы продукта ($CO_2$) будем вести по карбонатам.

5. Рассчитаем количество вещества и массу образовавшегося оксида углерода(IV).

По уравнению реакции (1), из 1 моль $CaCO_3$ образуется 1 моль $CO_2$. Значит, из 0,2 моль $CaCO_3$ образуется:

$n_1(CO_2) = n(CaCO_3) = 0,2 \text{ моль}$

По уравнению реакции (2), из 1 моль $Na_2CO_3$ образуется 1 моль $CO_2$. Значит, из 0,1 моль $Na_2CO_3$ образуется:

$n_2(CO_2) = n(Na_2CO_3) = 0,1 \text{ моль}$

Суммарное количество вещества $CO_2$:

$n(CO_2)_{\text{общ}} = n_1(CO_2) + n_2(CO_2) = 0,2 \text{ моль} + 0,1 \text{ моль} = 0,3 \text{ моль}$

Масса образовавшегося оксида углерода(IV):

$m(CO_2) = n(CO_2)_{\text{общ}} \cdot M(CO_2) = 0,3 \text{ моль} \cdot 44 \text{ г/моль} = 13,2 \text{ г}$

Ответ: масса образовавшегося оксида углерода(IV) составляет 13,2 г.