Задание №34 — Типы расчётных задач
При нагревании образца нитрата магния часть вещества разложилась.
При этом выделилось 10,08 л (в пересчёте на н.у.) смеси газов. Масса твёрдого остатка составила 69,36 г. К этому остатку последовательно добавили 100 мл воды и 240 г 20%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовую долю гидроксида натрия в образовавшемся 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. При прокаливании нитрата магния разлагается только часть образца, поэтому твёрдый остаток — смесь оксида магния и не разложившегося нитрата. Смесь газов — это NO2 и O2.
Уравнения реакций:
2Mg(NO3)2 → (t°) 2MgO + 4NO2↑ + O2↑
Mg(NO3)2 + 2NaOH → Mg(OH)2↓ + 2NaNO3
Количество разложившейся соли. По уравнению из 1 моль Mg(NO3)2 получается 2 моль NO2 и 0,5 моль O2, то есть 2,5 моль газов на 1 моль разложившейся соли.
n(газов) = V/Vm = 10,08 л / 22,4 л/моль = 0,45 моль;
n(Mg(NO3)2 разлож.) = 0,45 моль / 2,5 = 0,18 моль.
Состав твёрдого остатка. Весь магний разложившейся соли перешёл в оксид:
n(MgO) = 0,18 моль; m(MgO) = 0,18 моль · 40 г/моль = 7,2 г;
m(Mg(NO3)2 ост.) = 69,36 г − 7,2 г = 62,16 г;
n(Mg(NO3)2 ост.) = 62,16 г / 148 г/моль = 0,42 моль.
Действие воды и щёлочи. Вода растворяет нитрат магния; оксид магния с водой в этих условиях не реагирует и остаётся в осадке. Со щёлочью реагирует только растворённый нитрат магния.
m(NaOH) = 240 г · 0,20 = 48 г; n(NaOH) = 48 г / 40 г/моль = 1,2 моль;
на 0,42 моль соли требуется n(NaOH) = 2 · 0,42 моль = 0,84 моль — щёлочь взята в избытке, нитрат магния в недостатке;
n(NaOH ост.) = 1,2 моль − 0,84 моль = 0,36 моль; m(NaOH ост.) = 0,36 моль · 40 г/моль = 14,4 г.
Масса раствора. Из раствора уходит весь твёрдый материал: не растворившийся MgO и выпавший Mg(OH)2.
m(Mg(OH)2) = 0,42 моль · 58 г/моль = 24,36 г; m(осадка) = 7,2 г + 24,36 г = 31,56 г;
масса воды: 100 мл · 1 г/мл = 100 г;
m(р-ра) = 69,36 г + 100 г + 240 г − 31,56 г = 377,8 г.
Массовая доля щёлочи: w(NaOH) = 14,4 г / 377,8 г · 100 % = 3,81 %.
Проверка: исходно было 0,18 + 0,42 = 0,6 моль Mg(NO3)2, то есть 88,8 г; убыль массы при прокаливании 88,8 г − 69,36 г = 19,44 г совпадает с массой газов 0,36 моль · 46 г/моль + 0,09 моль · 32 г/моль = 16,56 г + 2,88 г = 19,44 г.
Ответ: 2Mg(NO3)2 → (t°) 2MgO + 4NO2↑ + O2↑; Mg(NO3)2 + 2NaOH → Mg(OH)2↓ + 2NaNO3; w(NaOH) = 3,81 %.
Источник: ФИПИ