Задание №34 — Типы расчётных задач
При нагревании образца карбоната бария часть вещества разложилась, при этом выделилось 4,48 л (н.у.) газа. К образовавшемуся твёрдому остатку последовательно добавили 100 мл воды и 200 г 20%-ного раствора сульфата натрия. Вычислите массовую долю гидроксида натрия 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. Разложилась только часть карбоната бария, поэтому остаток — смесь оксида бария и не разложившегося карбоната. С водой реагирует только оксид бария; карбонат бария нерастворим, с водой и с сульфатом натрия не реагирует и остаётся в осадке, поэтому его масса на массу раствора не влияет.
Уравнения реакций:
BaCO3 → (t°) BaO + CO2↑
BaO + H2O → Ba(OH)2
Ba(OH)2 + Na2SO4 → BaSO4↓ + 2NaOH
Оксид бария. n(CO2) = 4,48 л / 22,4 л/моль = 0,2 моль;
по уравнению разложения n(BaO) = n(CO2) = 0,2 моль; m(BaO) = 0,2 моль · 153 г/моль = 30,6 г;
n(Ba(OH)2) = 0,2 моль (воды 100 мл, то есть 100 г — с избытком).
Реакция с сульфатом натрия. m(Na2SO4) = 200 г · 0,20 = 40 г; n(Na2SO4) = 40 г / 142 г/моль ≈ 0,282 моль.
Так как 0,282 моль > 0,2 моль, сульфат натрия в избытке, а гидроксид бария в недостатке — расчёт ведём по Ba(OH)2:
n(BaSO4) = 0,2 моль; m(BaSO4) = 0,2 моль · 233 г/моль = 46,6 г;
n(NaOH) = 2 · 0,2 моль = 0,4 моль; m(NaOH) = 0,4 моль · 40 г/моль = 16 г.
Масса раствора. В раствор перешли вода и оксид бария (в виде Ba(OH)2), затем добавлен раствор сульфата натрия, а сульфат бария выпал в осадок:
m(р-ра) = 100 г + 30,6 г + 200 г − 46,6 г = 284 г.
Массовая доля щёлочи: w(NaOH) = 16 г / 284 г · 100 % = 5,63 %.
Проверка: баланс бария — 0,2 моль BaO дали 0,2 моль Ba(OH)2 и 0,2 моль BaSO4; баланс натрия — из 0,2 моль Na2SO4 получилось 0,4 моль NaOH.
Ответ: BaCO3 → (t°) BaO + CO2↑; BaO + H2O → Ba(OH)2; Ba(OH)2 + Na2SO4 → BaSO4↓ + 2NaOH; w(NaOH) = 5,63 %.
Источник: ФИПИ