Вычисление объема газа необходимого для перевода образовавшейся щелочи в среднюю соль

 

Решение целого ряда задач удобно проводить по встречному алгоритму с составлением математического уравнения.
Рассмотрим несколько таких задач.

Задача 3.5.
В горячей воде растворили пероксид натрия массой 5,85 г, при этом выделился кислород и образовался 4%-ный раствор щелочи. В каком объеме воды был растворен пероксид натрия? Какой объем углекислого газа необходим для перевода образовавшейся щелочи в среднюю соль?
Дано:
масса пероксида натрия: m(Nа2О2) = 5,85 г;
массовая доля щелочи в растворе:  типовые задачи по химии(NаОН) = 4% .
Найти: объем воды: V(Н2О) = ?
объем углекислого газа: V(СО2) = ?
Решение:
В условии описаны две последовательные химические реакции:

2Nа2О2 + 2Н2О = 4NаОН + О2^

Гидроксид натрия, образующийся в первой реакции, реагирует с углекислым газом:

2NаОН + СО2 = Nа2СО3 + Н2О

Возможно несколько алгоритмов решения данной задачи.
I способ (встречный алгоритм)
В этом варианте решения необходимо ввести некоторую величину «а» и составить относительно нее математическое уравнение. Схематично алгоритм решения можно представить следующим образом:

как вычислить объем углекислого газа, тестовые задачи по химии

1. Обозначим объем использованной воды величиной «а».

V(Н2О) = а мл

2. Находим массу воды, используя плотность: р(Н2О) — 1 г/мл.

m(Н2О) = V(Н2O) . р(Н2О) = а . 1 = а г.

3. По уравнению реакции, используя значение массы Nа2О2, находим массу образовавшегося NaOН и массу выделившегося кислорода.

как вычислить объем углекислого газа, тестовые задачи по химии

 

как вычислить объем углекислого газа, тестовые задачи по химии

4. Находим массу конечного раствора:

mкон. р-ра= m(Н2О) + m(Nа2O2) –m(О2) = (а + 5,85 – 1,2) г.

5. Используя полученные в предыдущих действиях данные, записываем выражение для определения массовой доли NаОН в растворе:

как вычислить объем углекислого газа, тестовые задачи по химии

6. Приравниваем выражение для массовой доли NаОН к его значению из условия:

как вычислить объем углекислого газа, тестовые задачи по химии

Получили математическое уравнение с одним неизвестным. Решая его, находим значение величины «а»:

а = 145.

Величиной «а» мы обозначали объем исходно взятой воды:

V(Н2О)= 145мл.

7, Во второй части задачи необходимо по уравнению реакции определить объем СО2,   расходовавшийся на образование средней соли.

как вычислить объем углекислого газа, тестовые задачи по химии

 

Ответ: V(H2O)  = 145 мл.;  V(CO2) = 1,68 л (при н.у.).

II способ (последовательный алгоритм).
Здесь мы учтем, что часть исходной воды расходовалась на реакцию с Nа2О2, а оставшаяся часть играла роль растворителя при образовании раствора. Схематично алгоритм решения можно представить следующим образом:

как вычислить объем углекислого газа, тестовые задачи по химии

1. По уравнению реакции, пользуясь значениями массы Nа2О2, находим массу образовавшегося NаОН и массу расходовавшейся на реакцию воды:

как вычислить объем углекислого газа, тестовые задачи по химии

2. Определяем массу воды в растворе NаОН:

как вычислить объем углекислого газа, тестовые задачи по химии

Подставляем в это выражение значение массовой доли из условия и массу NаОН, полученную в предыдущем действии:

как вычислить объем углекислого газа, тестовые задачи по химии

 

 Решая полученное уравнение, находим массу воды:

m(Н2O)в р-ре  = 144г.

3. Определяем общую массу использованной воды и ее объем:

mобщая  = m(Н2О)расх на р-цию + m(Н2О)в р-ре = 1,35 + 144 = 145,35 г.

Плотность воды нам известна р(Н2О) = 1 г/мл.

как вычислить объем углекислого газа, тестовые задачи по химии

 

Дальнейший расчет объема СО2 проводим так же, как и в первом способе решения.

Ответ:  V(Н2О) = 145 мл;    V(CO2)  = 1,68 л (при н.у.)

При решении последней задачи следует также обратить внимание, что вода является жидкостью и ее объем в условиях данной задачи измеряется в миллилитрах (согласно единицам измерения плотности г/мл). СО2 находится в газообразном состоянии, и при расчете его объема мы используем значение молярного объема  Vm  = 22,4 л /моль (в предположении нормальных условий). Соответственно объем углекислого газа будет измеряться в литрах.