Решение: Массовая доля гидроксида натрия
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).
Решение по шагам
9 шаговПри нагревании карбонат бария разлагается с образованием оксида бария и углекислого газа:
$$\mathrm{BaCO_3 \xrightarrow{t} BaO + CO_2\uparrow}$$Количество вещества выделившегося газа:
$$n(\mathrm{CO_2}) = \dfrac{4{,}48\ \text{л}}{22{,}4\ \text{л/моль}} = 0{,}200\ \text{моль}$$По уравнению реакции $n(\mathrm{BaO}) = n(\mathrm{CO_2}) = 0{,}200\ \text{моль}$. При добавлении воды образуется гидроксид бария:
$$\mathrm{BaO + H_2O \rightarrow Ba(OH)_2}$$Количество вещества гидроксида бария равно $0{,}200\ \text{моль}$. В растворе сульфата натрия содержится:
$$m(\mathrm{Na_2SO_4}) = 200\ \text{г} \cdot 0{,}20 = 40\ \text{г};\quad n(\mathrm{Na_2SO_4}) = \dfrac{40\ \text{г}}{142\ \text{г/моль}} \approx 0{,}282\ \text{моль}$$Сульфат натрия находится в избытке, поэтому полностью реагирует $0{,}200\ \text{моль}$ гидроксида бария:
$$\mathrm{Ba(OH)_2 + Na_2SO_4 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2NaOH}$$Количество и масса образовавшегося гидроксида натрия:
$$n(\mathrm{NaOH}) = 2n(\mathrm{Ba(OH)_2}) = 0{,}400\ \text{моль};\quad m(\mathrm{NaOH}) = 0{,}400\ \text{моль} \cdot 40\ \text{г/моль} = 16{,}0\ \text{г}$$Масса осадка сульфата бария:
$$m(\mathrm{BaSO_4}) = 0{,}200\ \text{моль} \cdot 233\ \text{г/моль} = 46{,}6\ \text{г}$$Масса оксида бария, перешедшего в реакцию, равна $0{,}200\ \text{моль} \cdot 153\ \text{г/моль} = 30{,}6\ \text{г}$. Масса полученного раствора с учётом образовавшегося осадка:
$$m_{\text{р-ра}} = 100\ \text{г} + 200\ \text{г} + 30{,}6\ \text{г} - 46{,}6\ \text{г} = 284{,}0\ \text{г}$$Массовая доля гидроксида натрия в растворе:
$$\omega(\mathrm{NaOH}) = \dfrac{16{,}0\ \text{г}}{284{,}0\ \text{г}} \cdot 100\% \approx 5{,}63\%$$Массовая доля гидроксида натрия в полученном растворе составляет $5{,}63\%$.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Не учитывают, что при реакции образуется осадок сульфата бария, который не входит в массу раствора.
Считают массу раствора равной сумме масс воды и раствора сульфата натрия, не учитывая переход оксида бария в жидкую фазу.
Используют количество сульфата натрия вместо количества гидроксида бария при расчёте образовавшегося гидроксида натрия.
Ошибочно считают, что неразложившийся карбонат бария влияет на состав раствора.