Задание №34
Навеску хлората калия массой 11,025 г осторожно нагрели. При этом часть её подверглась диспропорционированию, часть – разложилась с выделением газа, а некоторая часть не разложилась. Масса получившегося твёрдого остатка составила 10,065 г. Этот остаток растворили в 110 мл воды иполучили раствор с массовой долей хлорида калия 2 %. Рассчитайте массовую долю перхлорат-ионов в твёрдом остатке после прокаливания хлората калия.
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. При осторожном нагревании хлорат калия идёт по двум путям: диспропорционирование в перхлорат и хлорид и разложение до хлорида с выделением кислорода. Часть навески остаётся неизменной.
Уравнения реакций:
4KClO3 → (t°) 3KClO4 + KCl
2KClO3 → (t°) 2KCl + 3O2↑
1. Введём обозначения. Пусть по первому уравнению прореагировало a моль KClO3, по второму — b моль, а c моль осталось.
n(KClO3) исходно = 11,025 г / 122,5 г/моль = 0,09 моль, то есть a + b + c = 0,09 моль.
2. Убыль массы — это кислород. Только второе превращение уносит массу:
m(O2) = 11,025 г − 10,065 г = 0,96 г; n(O2) = 0,96 г / 32 г/моль = 0,03 моль;
по уравнению n(KClO3) = (2/3) · n(O2) = (2/3) · 0,03 = 0,02 моль, значит b = 0,02 моль.
3. Хлорид калия — из раствора. Весь остаток растворили в 110 мл (110 г) воды:
m(раствора) = 10,065 г + 110 г = 120,065 г;
m(KCl) = 120,065 г · 0,02 = 2,401 г; n(KCl) = 2,401 г / 74,5 г/моль = 0,0322 моль.
Хлорид калия образуется по обоим путям: n(KCl) = a/4 + b, откуда
a/4 = 0,0322 − 0,02 = 0,0122 моль → a = 0,0489 моль.
(Тогда c = 0,09 − 0,02 − 0,0489 = 0,0211 моль KClO3 осталось неразложившимся.)
4. Перхлорат в остатке.
n(KClO4) = (3/4) · a = 0,75 · 0,0489 = 0,0367 моль; m(KClO4) = 0,0367 моль · 138,5 г/моль = 5,08 г.
Проверка состава остатка: 5,08 г (KClO4) + 2,40 г (KCl) + 0,0211 моль · 122,5 г/моль = 5,08 + 2,40 + 2,58 = 10,06 г — совпадает с 10,065 г.
5. Искомая величина. В 1 моль KClO4 содержится 1 моль ионов ClO4−, M(ClO4−) = 99,5 г/моль:
m(ClO4−) = 0,0367 моль · 99,5 г/моль = 3,65 г;
w(ClO4−) = 3,65 г / 10,065 г = 0,363, то есть 36,3 %.
Ответ: w(ClO4−) ≈ 36,3 %.
Источник: ФИПИ