При сплавлении 12 г кремнезема с эквимолярным количеством карбоната калия получили твердый и газообразный продукты. Образовавшийся газ пропустили через 100 мл раствора гидроксида натрия с массовой долей растворенного вещества 10 % (ρ = 1,11 г/см 3). Рассчитайте массу твердого продукта после сплавления. Какие вещества присутствуют в растворе, через который пропустили газ? Вычислите количества веществ в растворе. Определите массу твердого остатка, который можно получить, если упомянутый раствор сначала прокипятить, а потом осторожно упарить досуха.
More Questions From This User See All
Answers & Comments
Verified answer
Реакция сплавления кремнезема (диоксида кремния) с карбонатом калия:SiO₂ + K₂CO₃ = K₂SiO₃ + CO₂↑
M(SiO₂) = 60 г/моль
Рассчитаем количество вещества выделившегося углекислого газа.
Согласно уравнению реакции 1 моль (60 г) SiO₂ вытесняет 1 моль CO₂.
Тогда 12 г SiO₂ вытесняют х моль CO₂:
SiO₂ + K₂CO₃ = K₂SiO₃ + CO₂↑
60 г 1 моль
12 г х моль
х = 12*1/60 = 0,2 моль
Рассчитаем количество вещества NaOH.
M(NaOH) = 40 г/моль.
Массовая доля w(NaOH) = 10% = 0,1.
Плотность раствора d = 1,11 г/мл.
Объем раствора V = 100 мл.
Масса раствора m = Vd = 100 мл * 1,11 г/мл = 111 г.
Масса m(NaOH) равна w(NaOH) * m = 0.1 * 111 г = 11,1 г.
Количество вещества n(NaOH) равно m(NaOH) / M(NaOH) =
= 11,1 г / 40 г/моль = 0,2775 моль
Углекислый газ реагирует с щелочью с образованием гидрокарбоната:
CO₂ + NaOH = NaHCO₃
Согласно уравнению, на 1 моль CO₂ должно приходиться 1 моль NaOH.
Соответственно, на 0,2 моль CO₂ - 0,2 моль NaOH.
Фактически, количество вещества NaOH - 0,2775 моль.
Значит, NaOH - в избытке. Расчеты ведем по CO₂.
CO₂ + NaOH = NaHCO₃ + [ NaOH избыток ]
0,2 моль 0,2775 моль 0,2 моль 0,0775 моль
0,2 моль CO₂ образуют 0,2 моль NaHCO₃. На это расходуются 0,2 моль NaOH. Остается избыток NaOH, он составляет 0,0775 моль.
Этот избыток NaOH реагирует с образовавшимся гидрокарбонатом натрия NaHCO₃ с образованием карбоната натрия Na₂CO₃:
NaOH + NaHCO₃ = Na₂CO₃ + H₂O
Согласно уравнению, 1 моль NaOH реагирует с 1 моль NaHCO₃ с образованием 1 моль Na₂CO₃
NaOH + NaHCO₃ = Na₂CO₃ + H₂O
0,0775 моль 0,0775 моль 0,0775 моль
Значит, количество вещества NaHCO₃ уменьшилось на 0,0775 моль и составляет 0,2 - 0,0775 = 0,1225 моль.
n(NaHCO₃) = 0,1225 моль.
Количество вещества образовавшегося Na₂CO₃ составляет 0,0775 моль.
n(Na₂CO₃) = 0,0775 моль
При упаривании раствора гидрокарбонат натрия разлагается с образованием карбоната натрия и выделением углекислого газа:
2 NaHCO₃ = Na₂CO₃ + CO₂↑ + H₂O
Согласно уравнению реакции из 2 моль NaHCO₃ образуется 1 моль Na₂CO₃
А из 0,1225 моль NaHCO₃ - х моль Na₂CO₃
2 NaHCO₃ = Na₂CO₃ + CO₂↑ + H₂O
2 моль 1 моль
0,1225 моль х моль
х = 0,1225*1/2 = 0,06125 моль - дополнительно образовалось Na₂CO₃
Всего же карбоната натрия Na₂CO₃ стало 0,0775 + 0,06125 = 0,13875 моль.
n(Na₂CO₃) = 0,13875 моль.
M(Na₂CO₃) = 106 г/моль.
Масса m(Na₂CO₃) = n(Na₂CO₃) * M(Na₂CO₃) = 0,13875 моль * 106 г/моль =
= 14,7075 г ≈ 14,7 г.
Карбонат натрия выделяется в виде кристаллогидратов:
до 32°С - Na₂CO₃*10 H₂O,
от 32 до 35°С - Na₂CO₃* 7 H₂O,
выше 35°С - Na₂CO₃* H₂O.
При 100...120 °С окончательно теряет воду и превращается в Na₂CO₃.
Поэтому при расчетах предполагается, что после упаривания осадок карбоната натрия в виде чистой соли, а не в виде кристаллогидрата.
Ответ: 14,7 г