Задание №34 — Типы расчётных задач
Растворимость безводного карбоната натрия при некоторой температуре составляет 31,8 г на 100 г воды. Насыщенный раствор, приготовленный при этой температуре добавлением необходимого количества карбоната натрия к 200 мл воды, разделили на две части. К первой части прилили избыток соляной кислоты. При этом выделилось 4,48 л (н.у.) газа. Ко второй части насыщенного раствора добавили 222 г 25%-ного раствора хлорида кальция. Определите массовую долю хлорида кальция в полученном растворе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).
Проверка решения с помощью ИИ доступна авторизованным пользователям
Решение. Уравнения реакций, названных в условии:
Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + H2O + CO2↑
Na2CO3 + CaCl2 → CaCO3↓ + 2NaCl
Состав насыщенного раствора. 200 мл воды — это 200 г (ρ = 1 г/мл). По растворимости в 100 г воды растворяется 31,8 г Na2CO3, значит в 200 г воды —
m(Na2CO3) = 2 · 31,8 г = 63,6 г, n = 63,6 г / 106 г/моль = 0,6 моль.
m(насыщенного р-ра) = 200 г + 63,6 г = 263,6 г.
Как делится раствор. Первая часть даёт газ:
n(CO2) = 4,48 л / 22,4 л/моль = 0,2 моль, а по первому уравнению n(Na2CO3) = n(CO2) = 0,2 моль (кислота в избытке, карбонат прореагировал весь).
Значит на первую часть пришлось 0,2 моль из 0,6 моль, то есть 0,2 / 0,6 = 1/3 всего раствора:
m(1-й части) = 263,6 г / 3 = 87,87 г.
Тогда во второй части n(Na2CO3) = 0,6 моль − 0,2 моль = 0,4 моль, а её масса
m(2-й части) = 263,6 г − 87,87 г = 175,73 г.
Вторая часть и хлорид кальция. n(CaCl2) = 222 г · 0,25 / 111 г/моль = 55,5 г / 111 г/моль = 0,5 моль.
По второму уравнению реагенты нужны в отношении 1 : 1, а имеем 0,4 моль Na2CO3 и 0,5 моль CaCl2, то есть карбонат натрия в недостатке, хлорид кальция в избытке. Расчёт продуктов ведём по карбонату.
n(CaCO3) = 0,4 моль, m(CaCO3) = 0,4 моль · 100 г/моль = 40 г — этот осадок уходит из раствора.
Непрореагировавший CaCl2: n = 0,5 моль − 0,4 моль = 0,1 моль, m = 0,1 моль · 111 г/моль = 11,1 г — именно он остаётся растворённым.
m(конечного р-ра) = 175,73 г + 222 г − 40 г = 357,73 г.
ω(CaCl2) = 11,1 г / 357,73 г = 0,0310, или 3,10 %.
Проверка: 0,4 моль Na2CO3 — это 42,4 г, а вода второй части 200 г · 2/3 = 133,33 г; 42,4 г + 133,33 г = 175,73 г — масса второй части сходится.
Ответ: ω(CaCl2) ≈ 3,10 %.
Источник: ФИПИ