Задание №34
Навеску хлората калия массой 9,8 г осторожно прокалили. Часть соли разложилась с выделением газа, объём которого составил 672 мл (н.у.), другая часть подверглась диспропорционированию, а некоторая часть не успела разложиться. Остаток, полученный после нагревания соли, растворили в 150 мл воды. Массовая доля хлорида калия в полученном растворе составила 1,17 %. Рассчитайте массовую долю перхлората калия втвёрдом остатке после прокаливания исходной навески.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения и обозначения искомых физических величин).
Проверка решения с помощью ИИ доступна авторизованным пользователям
Решение. Хлорат калия при прокаливании разлагается двумя путями: с выделением кислорода (в присутствии катализатора) и без выделения газа — диспропорционированием на хлорид и перхлорат. Часть соли остаётся неразложившейся.
Уравнения реакций:
1) 2KClO3 → (t°) 2KCl + 3O2↑
2) 4KClO3 → (t°) KCl + 3KClO4
1. Исходное количество соли и кислород.
n(KClO3) = 9,8 г / 122,5 г/моль = 0,08 моль
n(O2) = 0,672 л / 22,4 л/моль = 0,03 моль
По уравнению 1 на 2 моль соли выделяется 3 моль кислорода, значит по первому пути разложилось
n1(KClO3) = 0,03 моль · 2/3 = 0,02 моль, и при этом образовалось n(KCl) = 0,02 моль
2. Масса твёрдого остатка и раствора. Из системы уходит только кислород:
m(остатка) = 9,8 г − 0,03 моль · 32 г/моль = 9,8 г − 0,96 г = 8,84 г
m(р-ра) = 8,84 г + 150 г = 158,84 г (плотность воды 1 г/мл, 150 мл — это 150 г)
3. Сколько соли диспропорционировало. Хлорид калия появляется по обоим путям, и именно его массовая доля дана в условии:
m(KCl) = 158,84 г · 0,0117 = 1,86 г
n(KCl) = 1,86 г / 74,5 г/моль ≈ 0,025 моль
По первому пути получено 0,02 моль KCl, значит по второму пути образовалось
n2(KCl) = 0,025 моль − 0,02 моль = 0,005 моль
По уравнению 2 на 4 моль KClO3 приходится 1 моль KCl и 3 моль KClO4, поэтому
n2(KClO3) = 4 · 0,005 моль = 0,02 моль
n(KClO4) = 3 · 0,005 моль = 0,015 моль
Неразложившейся соли осталось: n(KClO3, ост.) = 0,08 моль − 0,02 моль − 0,02 моль = 0,04 моль
4. Массовая доля перхлората калия в твёрдом остатке.
m(KClO4) = 0,015 моль · 138,5 г/моль = 2,0775 г
w(KClO4) = 2,0775 г / 8,84 г = 0,2350, или 23,50 %
Проверка: остаток состоит из KCl (0,025 моль · 74,5 г/моль = 1,8625 г), KClO4 (2,0775 г) и KClO3 (0,04 моль · 122,5 г/моль = 4,9 г); их сумма 1,8625 г + 2,0775 г + 4,9 г = 8,84 г — ровно масса остатка. Массовая доля хлорида калия при этом равна 1,8625 г / 158,84 г = 0,0117, как и дано в условии.
Ответ: w(KClO4) ≈ 23,5 %.
Источник: ФИПИ