Готовимся к олимпиадам, страница 97 - гдз по химии 9 класс учебник Шиманович, Василевская

1. К твердому хлориду натрия массой 351 г добавили концентрированную серную кислоту (избыток) и приготовленную смесь нагрели до окончания реакции. Выделившийся хлороводород растворили в воде объемом $200\ \text{см}^3$. Рассчитайте химическое количество хлороводорода, его массовую долю и молярную концентрацию в приготовленном растворе. (Изменением объема жидкости при растворении в ней газа можно пренебречь.)

Дано:

$m(NaCl) = 351 \text{ г}$

$V(H_2O) = 200 \text{ см}^3$

Серная кислота $H_2SO_4$ в избытке.

Перевод в систему СИ:

$m(NaCl) = 0.351 \text{ кг}$

$V(H_2O) = 200 \text{ см}^3 = 200 \cdot (10^{-2} \text{ м})^3 = 2 \cdot 10^{-4} \text{ м}^3$

Найти:

$n(HCl) - ?$

$\omega(HCl) - ?$

$C(HCl) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции получения хлороводорода из твердого хлорида натрия и концентрированной серной кислоты при нагревании:

$NaCl_{(тв)} + H_2SO_{4(конц)} \xrightarrow{t} NaHSO_4 + HCl \uparrow$

Поскольку серная кислота взята в избытке, весь хлорид натрия прореагирует полностью.

Химическое количество хлороводорода

Сначала найдем молярную массу хлорида натрия ($NaCl$):

$M(NaCl) = M(Na) + M(Cl) = 23 \text{ г/моль} + 35.5 \text{ г/моль} = 58.5 \text{ г/моль}$

Теперь рассчитаем химическое количество ($\text{n}$) хлорида натрия, вступившего в реакцию:

$n(NaCl) = \frac{m(NaCl)}{M(NaCl)} = \frac{351 \text{ г}}{58.5 \text{ г/моль}} = 6 \text{ моль}$

Согласно стехиометрии уравнения реакции, из 1 моль $NaCl$ образуется 1 моль $HCl$. Следовательно, их химические количества равны:

$n(HCl) = n(NaCl) = 6 \text{ моль}$

Ответ: химическое количество хлороводорода равно 6 моль.

Массовая доля хлороводорода

Для расчета массовой доли необходимо найти массу хлороводорода и массу конечного раствора.

Найдем молярную массу хлороводорода ($HCl$):

$M(HCl) = M(H) + M(Cl) = 1 \text{ г/моль} + 35.5 \text{ г/моль} = 36.5 \text{ г/моль}$

Найдем массу выделившегося хлороводорода:

$m(HCl) = n(HCl) \cdot M(HCl) = 6 \text{ моль} \cdot 36.5 \text{ г/моль} = 219 \text{ г}$

Теперь найдем массу воды, в которой растворили хлороводород. Плотность воды принимаем равной $1 \text{ г/см}^3$.

$m(H_2O) = V(H_2O) \cdot \rho(H_2O) = 200 \text{ см}^3 \cdot 1 \text{ г/см}^3 = 200 \text{ г}$

Масса полученного раствора равна сумме масс растворенного вещества ($HCl$) и растворителя ($H_2O$):

$m_{раствора} = m(HCl) + m(H_2O) = 219 \text{ г} + 200 \text{ г} = 419 \text{ г}$

Массовая доля ($\omega$) хлороводорода в растворе рассчитывается по формуле:

$\omega(HCl) = \frac{m(HCl)}{m_{раствора}} \cdot 100\% = \frac{219 \text{ г}}{419 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 52.27\%$

Ответ: массовая доля хлороводорода в растворе составляет примерно 52.27%.

Молярная концентрация хлороводорода

Молярная концентрация ($\text{C}$) - это отношение химического количества растворенного вещества к объему раствора.

$C(HCl) = \frac{n(HCl)}{V_{раствора}}$

По условию, изменением объема жидкости при растворении газа можно пренебречь, поэтому объем раствора равен объему воды. Переведем объем в литры ($л$), зная, что $1 \text{ л} = 1000 \text{ см}^3$:

$V_{раствора} = V(H_2O) = 200 \text{ см}^3 = 0.2 \text{ л}$

Рассчитаем молярную концентрацию:

$C(HCl) = \frac{6 \text{ моль}}{0.2 \text{ л}} = 30 \text{ моль/л}$

Ответ: молярная концентрация хлороводорода в растворе равна 30 моль/л.