Решение: Разложение карбоната кальция
При нагревании образца карбоната кальция часть вещества разложилась. В результате образовался твёрдый остаток, масса которого в 1,4 раза меньше массы исходного карбоната. Этот остаток растворили в 640 г 25%-ной соляной кислоты. При этом массовая доля кислоты уменьшилась вдвое. Вычислите объём (н.у.) газа, выделившегося при прокаливании.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).
Решение по шагам
10 шаговЗапишем уравнения реакций, указанных в условии:
$$\mathrm{CaCO_3 \xrightarrow{t} CaO + CO_2}$$При растворении остатка в соляной кислоте протекают реакции:
$$\mathrm{CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2}$$И для оксида кальция:
$$\mathrm{CaO + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O}$$Пусть масса исходного карбоната кальция равна $m$ г. Масса твёрдого остатка равна $\frac{m}{1{,}4}=\frac{5m}{7}$ г, поэтому масса разложившегося карбоната кальция равна $m-\frac{5m}{7}=\frac{2m}{7}$ г.
В исходном растворе содержится соляная кислота массой $640 \cdot 0{,}25=160$ г, а воды — $640-160=480$ г. После реакции массовая доля кислоты стала равна $0{,}125$.
Количество вещества соляной кислоты, вступившей в реакцию, одинаково для всех атомов кальция в исходном образце: на $1$ моль $\mathrm{CaCO_3}$ требуется $2$ моль $\mathrm{HCl}$. Поэтому масса израсходованной кислоты равна $m\cdot\frac{2\cdot36{,}5}{100}=0{,}73m$ г.
При взаимодействии остатка с кислотой выделяется углекислый газ из оставшегося карбоната. Его масса равна $\frac{5m}{7}\cdot\frac{44}{100}=\frac{22m}{7}$ г. Масса конечного раствора равна $640+\frac{5m}{7}-\frac{22m}{7}=640-\frac{17m}{7}$ г.
Составим уравнение по массовой доле соляной кислоты: $\frac{160-0{,}73m}{640-\frac{17m}{7}}=0{,}125$. Отсюда $m\approx187{,}6$ г.
Масса разложившегося карбоната кальция: $m_{\mathrm{разл.}}=\frac{2m}{7}\approx53{,}6$ г. Количество вещества выделившегося при прокаливании углекислого газа: $n(\mathrm{CO_2})=\frac{53{,}6}{100}=0{,}536$ моль.
При нормальных условиях молярный объём газа равен $22{,}4$ л/моль. Поэтому $V(\mathrm{CO_2})=0{,}536\cdot22{,}4\approx12{,}0$ л.
Объём углекислого газа, выделившегося при прокаливании, равен $12{,}0$ л.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Считать, что масса твёрдого остатка состоит только из непрореагировавшего $\mathrm{CaCO_3}$.
Не учитывать выделение углекислого газа при растворении остатка в соляной кислоте при расчёте массы конечного раствора.
Использовать массу всего исходного карбоната для расчёта газа, выделившегося именно при прокаливании.
Забыть уравнение реакции оксида кальция с соляной кислотой.