Расчет массовой доли и количества вещества, участвующего в химической реакции
Задача 254.
Углекислый газ, образованный при сгорании 5,6 л пропана, пропустили через 150 г 40%-ного раствора гидроксида натрия. Рассчитать массовую долю соли в полученном растворе.
Решение:
М(Na2CO3) = 106 г/моль;
V(NaOH) = 40 г/моль;
w%(NaOH) = 40% или 0,4;
mисх.(p-pa) = 170 г;
w%(Na2CO3) = ?
1. Рассчитаем массу гидроксида натрия в исходном растворе, получим:
m(NaOH) = mисх.(p-pa) . w%(NaOH) = 150 г . 0,4 = 60 г.
2. Рассчитаем массу воды в исходном растворе, получим:
m(H2O) = mисх.(p-pa) - m(NaOH) = 150 - 60 = 90 г.
3. Уравнение реакции горения пропана:
С3Н8 + 5О2 = 3СО2 + 4Н2О
Из уравнения данной реакции вытекает, что при сгорании 1 моль пропана образуется 3 моль углекислого газа, т.е. n(C3H8) = 3n(CO2).
Тогда
n(CO2) = 3n(C3H8)/Vm = (3 . 5,6)/22,4 = 0,75 моль.
4. Уравнение реакции гидроксида натрия с углекислым газом имеет вид:
2NaOH + СО2 = Na2CO3 + Н2О
Из уравнения данной реакции вытекает, что 1 моль углекислого газа реагирует с 2 моль гидроксида натрия и при этом образуется 1 моль карбоната натрия, т.е. n(Na2CO3) = n(CO2) = 2n(NaOH).
Тогда
n(NaOH) = 2n(CO2) = 2 . 0,75 моль = 1,5 моль;
m(NaOH) = M(NaOH) . n(NaOH) = 40 * 1,5 = 60 г.
Так как масса гидроксида натрия в исходном растворе совпадает с расчетной массой, то массу образованного карбоната натрия будем проводить по количеству затраченного углекисолго газа, получим:
n(Na2CO3) = n(CO2) = 0,75 моль;
m(Na2CO3) = M(Na2CO3) . n(Na2CO3) = 106 г/моль . 0,75 моль = 79,5 г.
5. Рассчитать массовую долю соли в полученном растворе:
w%(Na2CO3) = [m(Na2CO3) . 100%]/[m(H2O) + m(Na2CO3)] = 79,5/(90 + 79,5) = 46,9%.
Ответ: w%(Na2CO3) = 46,9%.
Задача 255.
Какова массовая доля соли в растворе, полученном при пропускании 11,2 л углекислого газа через 20 г 10%-ного раствора гидроксида натрия?
Решение:
Уравнение реакции имеет видд:
CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O
1. рассчитаем количество СО2 и NaOH:
n(CO2) = 11,2/22,4 = 0,5 моль;
m(NaOH) = 20 . 0,1 = 2 г;
n(NaOH) = 2/40 = 0,05 моль.
Значит, NaOH взят в недостатке. Образуется кислая соль:
Na2CO3 + CO2 + H2O → 2NaHCO3.
2. Рассчитаем количество СО2 израсходованное и в остатке:
n1изр.(СО2) = 0,05/2 = 0,025 моль = n(Na2CO3)
nост.(СО2) = 0,5 - 0,025 = 0,475 моль.
По второй реакции СО2, тоже взят в избытке. Следовательно, только кислая соль и будет присутствовать в растворе.
3. Рассчитаем массу NaHCO3:
n(NaHCO3) = 0,025 . 2 = 0,05 моль
m(NaHCO3) = n(NaHCO3) . М(NaHCO3) = 0,05 . 84 = 4.2 г.
4. Рассчитаем массу СО2:
n2изр.(СО2) = 0,025 моль
nобщ.(изр.) (СО2) = 0,025 + 0,025 = 0,05 моль
mобщ.(изр.) (СО2) = 0,05 . 44 = 2,2 г.
При условии, что остальной газ не был поглощён раствором, mр-ра(NaHCO3) = 20 + 2,2 = 22.2 г.
w%(NaHCO3) = 4,2/22,2 = 0,189 = 18,9% = 19%.
Ответ: w%(NaHCO3) = 19%.
Задача 256.
На анализ был взят бромид натрия. Для титрования 0,1 грамма этого вещества растворяли и добавляли 10 мл нитрата серебра (0,1 М). Определите содержание (%) бромида натрия с молярной массой M(NaBr) = 102,89 г/ моль, если на титрование израсходовано 1,7 мл раствора тиоцианата аммония с концентрацией 0,1 М.
Решение:
n(NaBr) = n(AgNO3) - n(NH4SCN)
m(NaBr) = {[C . V(AgNO3)] - [C . V(NH4SCN)] . M(NaBr)}/1000 =
= (0,1 .10) - (0,1 . 1,7) . 102,89 /1000 = 0,0854 г.
w% = [m(NaBr) . 100%]/a = (0,0854 . 100%)/0,1 = 85,40%.
Задача 257.
Смесь хлорида бария и сульфата магния с массовой долей хлорида бария 50 процентов обработана избытком раствора сульфата натрия. Масса выпавшего осадка 2,33 г. Вычислить массу исходной смеси солей.
Решение:
М(BaCl2) = 208 г/моль;
М(BaSO4) = 233 г/моль;
m(BaSO4) = 2,33 г;
w%(BaCl2) = 50% или 0,5
m(смеси) = ?
Уравнение реакции имеет вид:
BaCl2 + Na2SO4 = BaSO4 + 2NaCl
Из уравнения реакции вытекает, что на образование 1 моль BaSO4 расходуется 1 моль BaCl2,
т.е. n(BaSO4) = n(BaCl2).
1. Рассчитаем количество BaSO4, получим:
n(BaSO4) = m(BaSO4)/M(BaSO4) = 2,33/233 = 0,01 моль. Значит, n(BaCl2) = 0,01 моль.
2. Рассчитаем массу BaCl2, получим:
m(BaCl2) = n(BaCl2) . М(BaCl2) = 0,01 . 208 = 2,08 г.
3. Рассчитаем исходной смеси солей, получим:
Так массовая доля хлорида бария 50%, то, соответственно, и массовая доля сульфата бария - 50%,
т. е. m(BaCl2) = m(BaSO4).
Тогда
m(смеси) = 2 . m(BaCl2) = (2 . 2,08) = 4,16 г.
Ответ: m(смеси) = 4,16 г.
Задача 258.
Углекислый газ объёмом 16,8л (н.у.) поглотили 400 г 28%-го раствора гидроксида калия. Определите, какие вещества содержатся в полученном растворе, и рассчитайте их количества и массовые доли.
Решение:
1. Рассчитаем массу КОН и Н2О в исходном растворе:
mисх.(КОН) = mисх.(p-pa) . w%(КОН) = 400 . 0,28 = 112 г;
m(Н2О) = mисх.(р-ра) - mисх.(КОН) = 400 - 112 = 288 г.
Уравнение реакции имеет вид:
2KOH + CO2 = K2CO3 + H2O
По уравнению на 2 моль КОН требуется 1 моль СО2, т.е. СО2 взят в недостатке, при этом образуется средняя соль. Расчеты будем вести по СО2.
2. Рассчитаем количества исходных и конечного веществ:
nисх.(CO2) =16,8/22,4 = 0,75 моль;
nисх.(KOH) = (400 . 0,28)/56 = 2 моль.
Если КОН и СО2 взять в одинаковых количествах, то реакция протекает с образованием кислой соли:
КОН + СО2 = КНСО3
В данной реакции исходные и конечные вещества участвуют в равных количествах,
т.е. n(KOH) = n(CO2) = n(КНСО3) = 0,75 моль.
3. Рассчитаем массу гидрокарбоната калия:
m(КНСО3) = n(КНСО3) . М(КНСО3) 0,75 . 100 = 75 г.
4. Рассчитаем количество и массу остатка КОH:
nост.(KOH)] = nисх.(KOH) - n(KOH) = 2 моль - 0,75 моль = 1,25 моль;
mост.(КОH) = [nисх.(KOH) - nост.(KOH)] . M(КОН) = (2 - 0,75) . 56 = 70 г.
5. Рассчитаем массу конечного раствора:
Было 400 грамм раствора с w%(KOH) = 28% с 288 г воды и 112 г гидрооксида калия.
Стало 288 г воды с 70 г гидрооксида калия и 75 г гидрокарбоната калия.
Тогда
mкон.(p-pa) = m(Н2О) + mост.(КОH) + m(КНСО3) = 288 + 70 + 75 = 433 г.
6. Рассчитаем массовые доли КОН и КНСО3 в конечном растворе:
w%ост.(KOH) = 70/433 = 16,165%;
w%(КНСО3) = 75/433 =17,32%.
Ответ: nост.(KOH) = 1,25 моль; n(КНСО3) = 0,75 моль; w%ост.(KOH) = 16,165%; w%(КНСО3) =17,32%.
