Решение: Массовая доля щёлочи в растворе
Газовую смесь, состоящую из водорода и угарного газа, взятых в массовом соотношении 8 : 7, сожгли в избытке кислорода. Продукты горения полностью поглотили раствором гидроксида натрия. При этом образовалось 265 г раствора с массовой долей единственного растворённого вещества 10%. Известно, что это вещество не реагирует со щелочами. Вычислите массовую долю гидроксида натрия в исходном растворе.
Запишите уравнения реакций, указанных в условии, и приведите все необходимые вычисления с единицами измерения и обозначениями искомых физических величин.
Решение по шагам
12 шаговПри горении водорода образуется вода, а при горении угарного газа — углекислый газ:
$$\mathrm{2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O}$$Уравнение горения угарного газа:
$$\mathrm{2CO + O_2 \rightarrow 2CO_2}$$Углекислый газ поглощается раствором гидроксида натрия с образованием карбоната натрия — единственного растворённого вещества, не реагирующего со щёлочами:
$$\mathrm{CO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O}$$Рассчитаем массу карбоната натрия в конечном растворе:
$$m(\mathrm{Na_2CO_3}) = 265 \cdot 0{,}10 = 26{,}5\ \text{г}$$Количество вещества карбоната натрия и углекислого газа одинаково:
$$n(\mathrm{Na_2CO_3}) = \frac{26{,}5}{106} = 0{,}25\ \text{моль};\quad n(\mathrm{CO_2}) = 0{,}25\ \text{моль}$$По уравнению горения угарного газа количество вещества и масса CO равны:
$$n(\mathrm{CO}) = 0{,}25\ \text{моль};\quad m(\mathrm{CO}) = 0{,}25 \cdot 28 = 7\ \text{г}$$По условию массы водорода и угарного газа относятся как $8:7$, поэтому масса водорода равна:
$$m(\mathrm{H_2}) = 7 \cdot \frac{8}{7} = 8\ \text{г}$$Количество вещества водорода равно $4$ моль, поэтому образуется $4$ моль воды, или $72$ г:
$$n(\mathrm{H_2}) = \frac{8}{2} = 4\ \text{моль};\quad m(\mathrm{H_2O}) = 4 \cdot 18 = 72\ \text{г}$$По уравнению поглощения углекислого газа на $0{,}25$ моль $\mathrm{CO_2}$ расходуется $0{,}50$ моль $\mathrm{NaOH}$:
$$n(\mathrm{NaOH}) = 2 \cdot 0{,}25 = 0{,}50\ \text{моль};\quad m(\mathrm{NaOH}) = 0{,}50 \cdot 40 = 20\ \text{г}$$Масса продуктов горения, поступивших в раствор, равна массе воды и углекислого газа:
$$m(\mathrm{H_2O}) + m(\mathrm{CO_2}) = 72 + 0{,}25 \cdot 44 = 83\ \text{г}$$Масса исходного раствора гидроксида натрия:
$$m_{\text{исх. раствора}} = 265 - 83 = 182\ \text{г}$$Массовая доля гидроксида натрия в исходном растворе:
$$\omega(\mathrm{NaOH}) = \frac{20}{182} \cdot 100\% \approx 10{,}99\% \approx 11\%$$Массовая доля гидроксида натрия в исходном растворе составляет 11%.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Принимать воду за единственное растворённое вещество.
Не учитывать воду, образовавшуюся при горении водорода, при расчёте массы исходного раствора.
Использовать массовую долю карбоната натрия для расчёта массовой доли исходного гидроксида натрия.
Забывать, что на 1 моль углекислого газа расходуется 2 моль гидроксида натрия.