Решение: Массовая доля щёлочи после реакций
При нагревании образца нитрата магния часть вещества разложилась. При этом выделилось 10,08 л (в пересчёте на н.у.) смеси газов. Масса твёрдого остатка составила 69,36 г. К этому остатку последовательно добавили 100 мл воды и 240 г 20%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовую долю гидроксида натрия в образовавшемся 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
14 шаговРазложение нитрата магния описывается уравнением:
$$2\mathrm{Mg(NO_3)_2} \rightarrow 2\mathrm{MgO} + 4\mathrm{NO_2} + \mathrm{O_2}$$Количество смеси газов при н.у.:
$$n_{\text{газов}} = \frac{10{,}08\ \text{л}}{22{,}4\ \text{л/моль}} = 0{,}45\ \text{моль}$$Из двух молей нитрата магния образуется пять молей газов. Поэтому количество разложившегося нитрата магния равно:
$$n_{\text{разл.}}(\mathrm{Mg(NO_3)_2}) = 0{,}45 \cdot \frac{2}{5} = 0{,}18\ \text{моль}$$При разложении образовалось 0,18 моль оксида магния. Его масса:
$$m(\mathrm{MgO}) = 0{,}18 \cdot 40 = 7{,}2\ \text{г}$$Масса непрореагировавшего нитрата магния в твёрдом остатке:
$$m(\mathrm{Mg(NO_3)_2}) = 69{,}36 - 7{,}2 = 62{,}16\ \text{г}$$Количество непрореагировавшего нитрата магния:
$$n(\mathrm{Mg(NO_3)_2}) = \frac{62{,}16}{148} = 0{,}42\ \text{моль}$$Оксид магния взаимодействует с водой:
$$\mathrm{MgO} + \mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{Mg(OH)_2}$$Нитрат магния реагирует с гидроксидом натрия:
$$\mathrm{Mg(NO_3)_2} + 2\mathrm{NaOH} \rightarrow \mathrm{Mg(OH)_2}\downarrow + 2\mathrm{NaNO_3}$$Всего образуется 0,18 + 0,42 = 0,60 моль гидроксида магния. Для реакции с 0,42 моль нитрата магния потребуется:
$$n(\mathrm{NaOH})_{\text{расх.}} = 2 \cdot 0{,}42 = 0{,}84\ \text{моль}$$В исходном растворе содержится 20% гидроксида натрия:
$$m(\mathrm{NaOH})_{\text{исх.}} = 240 \cdot 0{,}20 = 48\ \text{г};\quad n(\mathrm{NaOH})_{\text{исх.}} = \frac{48}{40} = 1{,}20\ \text{моль}$$В избытке останется 1,20 − 0,84 = 0,36 моль гидроксида натрия, то есть:
$$m(\mathrm{NaOH})_{\text{ост.}} = 0{,}36 \cdot 40 = 14{,}4\ \text{г}$$Масса осадка гидроксида магния:
$$m(\mathrm{Mg(OH)_2}) = 0{,}60 \cdot 58 = 34{,}8\ \text{г}$$Масса образовавшегося раствора равна массе всех добавленных веществ и остатка за вычетом массы осадка:
$$m_{\text{р-ра}} = 69{,}36 + 100 + 240 - 34{,}8 = 374{,}56\ \text{г}$$Массовая доля гидроксида натрия в растворе:
$$\omega(\mathrm{NaOH}) = \frac{14{,}4}{374{,}56} \cdot 100\% \approx 3{,}85\%$$Массовая доля гидроксида натрия в образовавшемся растворе составляет 3,85%.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Не учитывать, что при разложении нитрата магния образуются два газа: диоксид азота и кислород.
Считать, что весь нитрат магния разложился.
Не вычитать массу осадка гидроксида магния из общей массы смеси при расчёте массы раствора.
Вычитать из массы раствора всю добавленную щёлочь, а не только её израсходованное количество.