Здравствуйте, уважаемые читатели!
Сегодня - третья статья из серии разборов задач на растворимость из сб. И.Ю.Белавина. Задачи объединены общим химизмом - это взаимодействие СО2 с раствором щелочи или средней соли. В 341 и 342 задачах СО2 входит в состав смеси продуктов сгорания, в 343 - рассматривается как индивидуальное вещество. Помимо этого, задачи объединены и общими требованиями: необходимо найти массу выпавшего осадка и состав полученного раствора. В общий алгоритм установления массы осадка входит последовательность ряда операций: нахождение общей массы искомого вещества, расчет массы воды в растворе, определение массы растворенного вещества (по растворимости), нахождение массы осадка по разности между общей массой вещества и его массой в растворе.
Итак, задача 1 (в сборнике - № 341)
341. Продукты сгорания 3,584 л (н.у.) триметиламина в избытке кислорода растворили в 51,43 мл раствора гидроксида натрия с массовой долей щелочи 0,4 и плотностью 1,4 г/мл. Определите массу осадка и состав оставшегося раствора, если известно, что растворимости гидрокарбоната натрия и карбоната натрия в этих условиях составляют 9 г и 20 г безводной соли на 100 г воды соответственно, а карбонат натрия кристаллизуется из раствора в виде десятиводного кристаллогидрата.
Решение
1.Характеристика процесса сжигания триметиламина:
а)4С3Н9N+21О2=12СО2+18Н2О + 2N2(1)
n (С3Н9N)=3,584/22,4=0,16 моль
m1 CO2=3*0,16*44 =21,12 г
m1 Н2О =4,5*0,16*18 =12,96 г
m1 N2 =0,5*0,16*28 = 2,24 г
2.Характеристика процесса растворения продуктов сгорания щелочью:
В результате поглощения продуктов реакции раствором щелочью только 2 продукта остаются в растворе: СО2 вступает в реакцию со щелочью, Н2О -смешивается с раствором. N2 удаляется из раствора, так как практически не растворяется в воде.
а)nисх(NaOH)=51,43*0,4*1,4/40=0,72 моль, n1 CO2=0,48 моль,
б)Соотношение n(NaOH):n(CO2)=0,72:0,48=1, 5:1, т.е в растворе будут протекать реакции 2 и 3:
NaOH+CO2=NaHCO3(2)
2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O(3)
в)Пусть n2 (NaHCO3)=x , n3 (Na2CO3)=y, тогда n2(CO2)=х, n3(CO2)=у, n2+3(CO2)=х+у=0,48 моль (4)
n2(NaOH)=х, n3(NaOH)=2у, n2+3(NaOH)=х+2у=0,72 моль (5)
Составим систему из уравнений 4 и 5:
Х+у=0,48
Х+2у=0,72, откуда х=0,24 моль, у= 0,24 моль
n1 (NaHCO3)=0,24 моль , n2 (Na2CO3)=0,24 моль,
3. Состав смеси после проведения реакции:
mисх(H2O)=51,43*1,4*0,6=43,2 г(вода в составе раствора щелочи)
mкон(H2O)= mисх(H2O)+m1(H2O)+m3(H2O)=43,2+12,96+18*0,24=60,48 г
m 2NaHCO3=84*0,24=20,16 г
m 3Na2CO3=106*0,24=25,44 г
m смеси=106,08 г
4. Установим распределение Na2CO3 между осадком и раствором :
а)Пусть в составе осадка Na2CO3*10H2O- a моль Na2CO3
В составе раствора останется- в моль Na2CO3,
Тогда а+в=0,24 (6)
б)Баланс по воде:
m Н2О в кристаллогидрате Na2CO3*10H2O=18*10а=180 а
m Н2О в растворе= 106в*100/20=530 в (на основании растворимости Na2CO3)
180а+530в=60,48 (7)
в)Составим систему из уравнений 6 и 7:
а+в=0,24
180а+530в=60,48, откуда а=0,19 моль, в= 0,05 моль
г) m Н2О в растворе=530 в=26,5 г
m осадка Na2CO3*10H2O=286*а=54,34 г
m раствNa2CO3 =106*в=5,3 г
5. Установим распределение NaНCO3 между осадком и раствором
А)Найдем m раствNaHCO3:
В 100 г Н2О- 9 г NaHCO3
В 26,5 г Н2О- с г NaHCO3, откуда с = 2,385 г=m раствNaHCO3
Б)m осадка NaHCO3= m 1NaHCO3-m раствNaHCO3 =20,16-2,385=17, 775 г
6. Характеристики конечной смеси:
m осадка=mосадка Na2CO3*10H2O+m осадка NaHCO3=54,34+17,775=72,115 г
Состав раствора:
m рра= 106,08-72,115=33,965 г
W NaHCO3=100*2,385/33,965=7,02%,
W Na2CO3=100*5,3/33,965=15,6%
Задача 2 (в сборнике №342). На мой взгляд, она - самая интересная из 341-343 задач. Задачу отличают 2 особенности:
- Недостаточность количественной информации обусловливает необходимость введения количества вещества метана в исходной смеси
- Установление количеств соотношения между метаном и кислородом в исходной смеси происходит с привлечением понятия"молярная масса смеси газов"
342. Продукты сгорания смеси метана с избытком кислорода привели к нормальным условиям и получили газовую смесь, плотность которой оказалась на 25 % больше плотности исходной смеси метана с кислородом, измеренной при тех же условиях. Полученную газовую смесь пропустили через раствор с плотностью 1,2 г/мл, содержащий гидроксид натрия с массовой долей 20 % и хлорид натрия с массовой долей 15 %, объем которого был в 672 раза меньше объема исходной газовой смеси, измеренного при нормальных условиях. Определите массовые доли веществ в полученном растворе. Коэффициенты растворимости гидрокарбоната и карбоната натрия в данных условиях составляют 95 и 220 г/л(Н2О) соответственно.
Решение
1. Найдем характеристики полученной газовой смеси:
А)СН4+2О2=СО2+2Н2О (1)
После приведения к н.у. Н2О сконденсируется и в полученной смеси будут содержаться только СО2 и непрореагировавший кислород.
Пусть n(CH4)=1 моль, nисх(О2)=х моль, тогда:
состав конечной смеси: СО2- 1 моль, О2: (х-2) моль
б)Выразим М ( смесей газов):
М исх= (16+32х)/(1+х) г/моль
М кон= (44+32(х-2))/(х-1) г/моль
Соотношение молярных масс смесей газов совпадает с соотношением плотностей этих смесей,
Согласно условию: М кон=1,25 М исх, т.е Мисх=Мкон/1,25
Составим уравнение:
(16+32х)/(1+х)= (44+32(х-2))/(1,25(х-1)), откуда х=4 моль
Т.о., мольный состав исходной смеси: φ(СН4)=1/(1+4)=0,2, φ(О2)=0,8
2.Характеристика взаимодействия полученной газовой смеси с раствором, содержащим щелочь и хлорид натрия:
а)Пусть n исходной газовой смеси = 5 моль (в т.ч. 1 моль СН4), тогда V исходной смеси=5*22,4=112 л, полученная смесь: СО2- 1 моль, О2- 2 моль (67,2 л)
б) Характеристики исходного водного раствора:
Vрра= 112л/672 =0,167 л (согласно условию), m рра=167*1,2=200 г
nисх(NaOH)=200 *0,2/40=1 моль
m(NaCl)=200*0,15=30 г
в) Согласно соотношению молей СО2 и щелочи (n(CO2): n(NaOH)=1:1, в растворе будет протекать только реакция (2):
NaOH+CO2=NaHCO3(2)
n2 NaHCO3=1 моль, m2 NaHCO3=84 г
3. Найдем состав смеси после окончания в растворе всех процессов:
а)mисх(H2O)= mкон(H2O)= 200 *(1-0,2-0,15) =130 г
m NaHCO3 (рр)=95*130/1000=12,35 г (согласно растворимости)
m NaНCO3(осадок)=84-12,35=71,65 г
m конечн рра=200+44-71,65=172,35 г
m(NaCl)= 30 г
4. W(NaНCO3)=12,35*100/172,35=7,17%
W(NaCl)=30*100/172,35=17,4%
Задача 3 (343 в сборнике)- практически, типовая.
343. В 500 мл насыщенного раствора карбоната натрия с плотностью 1,15 г/мл пропустили 20,16 л оксида углерода (IV). Определите массу выпавшего из раствора гидрокарбоната натрия и массовые доли веществ в оставшемся растворе, если в данных условиях коэффициенты растворимости карбоната и гидрокарбоната натрия равны 250 и 99 г/л(Н2О) соответственно.
Решение.
1. Характеристика процесса взаимодействия рра Na2CO3 с CO2:
а)Состав насыщенного раствора:
m рра= 500*1,15=575 г, nисх Na2CO3= 575*25/(125*106)=1,085 моль (согласно растворимости)
mисх(Н2О)=575-1,085*106=460 г
б) Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3 (1)
n CO2=20,16/22,4=0,9 моль (недостаток), n Na2CO3=1,085 моль (избыток)
После протекания реакции:
n1(NaHCO3)=2n СО2=1,8 моль
nостNa2CO3=1,085- n СО2=0,185 моль
mост(Н2О)=460-18* n СО2= 443,8 г
mполуч смеси=575+0,9*44=614,6 г= 1,8*84+0,185*106+443,8
3.Найдем состав оставшегося раствора:
а)m (NaHCO3)pp = 9,9*443,8/100=43,94 г (cогласно растворимости)
mосадка(NaHCO3)=1,8*84-43,94=107,26 г
б)m ост рра= 614,6-107,26=507,34 г
W(Na2CO3)=100*106*0,185/507,34=3,87%
W(NaНCO3)=100*43,94 /507,34=8,67%
Заранее благодарна за конструктивные замечания.
Продолжаю набор школьников для подготовки к ОГЭ и ЕГЭ по химии (инд. занятия, группы). Подробности - в лс https://vk.com/id363684368
Всего доброго!