Номер 5, страница 9 - гдз по химии 9 класс сборник контрольных и самостоятельных работ Сеген, Алексеева

Дано:

масса раствора гидроксида натрия $m_{раствора}(\text{NaOH}) = 300\,\text{г}$

массовая доля гидроксида натрия $\omega(\text{NaOH}) = 4\%$

масса оксида серы(IV) $m(\text{SO}_2) = 7.68\,\text{г}$

Перевод в систему СИ:
$m_{раствора}(\text{NaOH}) = 300\,\text{г} = 0.3\,\text{кг}$
$m(\text{SO}_2) = 7.68\,\text{г} = 0.00768\,\text{кг}$
(для расчетов молярные массы будут использоваться в $\text{г}/\text{моль}$, так как конечный ответ требуется в граммах)

Найти:

масса сульфита натрия $m(\text{Na}_2\text{SO}_3) = ?$

Решение:

1. Напишем уравнение химической реакции между гидроксидом натрия и оксидом серы(IV):
$2\text{NaOH} + \text{SO}_2 \rightarrow \text{Na}_2\text{SO}_3 + \text{H}_2\text{O}$

2. Вычислим массу чистого гидроксида натрия, содержащегося в растворе:
$m(\text{NaOH}) = m_{раствора}(\text{NaOH}) \times \frac{\omega(\text{NaOH})}{100\%} = 300\,\text{г} \times \frac{4}{100} = 12\,\text{г}$

3. Рассчитаем молярные массы веществ, участвующих в реакции:
$M(\text{NaOH}) = 22.99\,\text{г}/\text{моль} + 15.999\,\text{г}/\text{моль} + 1.008\,\text{г}/\text{моль} \approx 40\,\text{г}/\text{моль}$
$M(\text{SO}_2) = 32.06\,\text{г}/\text{моль} + 2 \times 15.999\,\text{г}/\text{моль} \approx 64\,\text{г}/\text{моль}$
$M(\text{Na}_2\text{SO}_3) = 2 \times 22.99\,\text{г}/\text{моль} + 32.06\,\text{г}/\text{моль} + 3 \times 15.999\,\text{г}/\text{моль} \approx 126\,\text{г}/\text{моль}$

4. Определим количество вещества (моли) каждого из исходных реагентов:
$n(\text{NaOH}) = \frac{m(\text{NaOH})}{M(\text{NaOH})} = \frac{12\,\text{г}}{40\,\text{г}/\text{моль}} = 0.3\,\text{моль}$
$n(\text{SO}_2) = \frac{m(\text{SO}_2)}{M(\text{SO}_2)} = \frac{7.68\,\text{г}}{64\,\text{г}/\text{моль}} = 0.12\,\text{моль}$

5. Определим, какое из веществ является лимитирующим реагентом. Для этого сравним соотношение молей реагентов с их стехиометрическим соотношением в уравнении реакции (2 моля $\text{NaOH}$ к 1 молю $\text{SO}_2$):
По уравнению реакции, для полного взаимодействия $0.12\,\text{моль}$ $\text{SO}_2$ требуется $2 \times 0.12\,\text{моль} = 0.24\,\text{моль}$ $\text{NaOH}$.
Так как у нас есть $0.3\,\text{моль}$ $\text{NaOH}$, что больше требуемых $0.24\,\text{моль}$ $\text{NaOH}$, то гидроксид натрия находится в избытке, а оксид серы(IV) ($\text{SO}_2$) является лимитирующим реагентом.

6. Расчет количества вещества сульфита натрия ведется по лимитирующему реагенту ($\text{SO}_2$). Из уравнения реакции видно, что 1 моль $\text{SO}_2$ образует 1 моль $\text{Na}_2\text{SO}_3$.
Следовательно, $n(\text{Na}_2\text{SO}_3) = n(\text{SO}_2) = 0.12\,\text{моль}$

7. Вычислим массу полученного сульфита натрия:
$m(\text{Na}_2\text{SO}_3) = n(\text{Na}_2\text{SO}_3) \times M(\text{Na}_2\text{SO}_3) = 0.12\,\text{моль} \times 126\,\text{г}/\text{моль} = 15.12\,\text{г}$

Ответ: 15.12 г