Решение: Расчёт массовой доли кислоты
Растворимость безводного карбоната натрия при некоторой температуре составляет 31,8 г на 100 г воды. Приготовленный при этой температуре насыщенный раствор карбоната натрия массой 395,4 г разделили на две части. К первой части прилили избыток раствора нитрата кальция. При этом образовалось 50 г осадка. Ко второй части насыщенного раствора добавили 252 г 30%-ного раствора азотной кислоты. Определите массовую долю азотной кислоты в образовавшемся растворе.
Запишите уравнения реакций, указанных в условии, и приведите все необходимые вычисления с единицами измерения искомых физических величин.
Решение по шагам
12 шаговУравнение реакции карбоната натрия с нитратом кальция:
$$\mathrm{Na_2CO_3 + Ca(NO_3)_2 \rightarrow CaCO_3\downarrow + 2NaNO_3}$$Количество вещества образовавшегося осадка:
$$n(\mathrm{CaCO_3})=\frac{m(\mathrm{CaCO_3})}{M(\mathrm{CaCO_3})}=\frac{50\ \mathrm{г}}{100\ \mathrm{г/моль}}=0{,}5\ \mathrm{моль}$$По уравнению реакции количество вещества карбоната натрия в первой части равно количеству вещества карбоната кальция. Его масса:
$$n(\mathrm{Na_2CO_3})=0{,}5\ \mathrm{моль};\quad m(\mathrm{Na_2CO_3})=0{,}5\cdot106=53\ \mathrm{г}$$В насыщенном растворе на 31,8 г карбоната натрия приходится 100 г воды, поэтому масса раствора, содержащего 53 г карбоната натрия, равна:
$$m_1(\text{раствора})=53\cdot\frac{31{,}8+100}{31{,}8}=219{,}6\ \mathrm{г}$$Масса второй части насыщенного раствора:
$$m_2(\text{раствора})=395{,}4-219{,}6=175{,}8\ \mathrm{г}$$Масса карбоната натрия во второй части:
$$m_2(\mathrm{Na_2CO_3})=175{,}8\cdot\frac{31{,}8}{131{,}8}=42{,}4\ \mathrm{г}$$Уравнение реакции карбоната натрия с азотной кислотой:
$$\mathrm{Na_2CO_3+2HNO_3\rightarrow 2NaNO_3+H_2O+CO_2\uparrow}$$Количество вещества карбоната натрия во второй части:
$$n(\mathrm{Na_2CO_3})=\frac{42{,}4\ \mathrm{г}}{106\ \mathrm{г/моль}}=0{,}4\ \mathrm{моль}$$Масса и количество вещества азотной кислоты, добавленной с раствором:
$$m(\mathrm{HNO_3})=252\cdot0{,}30=75{,}6\ \mathrm{г};\quad n(\mathrm{HNO_3})=\frac{75{,}6}{63}=1{,}2\ \mathrm{моль}$$Для реакции с 0,4 моль карбоната натрия требуется 0,8 моль азотной кислоты. Следовательно, кислота находится в избытке, и после реакции остаётся:
$$n_{\text{ост}}(\mathrm{HNO_3})=1{,}2-0{,}8=0{,}4\ \mathrm{моль};\quad m_{\text{ост}}(\mathrm{HNO_3})=0{,}4\cdot63=25{,}2\ \mathrm{г}$$При реакции выделяется 0,4 моль углекислого газа. Масса образовавшегося раствора равна массе исходных растворов за вычетом массы газа:
$$m(\mathrm{CO_2})=0{,}4\cdot44=17{,}6\ \mathrm{г};\quad m(\text{раствора})=175{,}8+252-17{,}6=410{,}2\ \mathrm{г}$$Массовая доля азотной кислоты в образовавшемся растворе:
$$\omega(\mathrm{HNO_3})=\frac{25{,}2}{410{,}2}\cdot100\%=6{,}14\%$$Массовая доля азотной кислоты в образовавшемся растворе равна 6,14%.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Считать части раствора равными по массе, хотя их массы определяются количеством осадка.
Не учитывать избыток азотной кислоты.
Не вычитать из массы раствора массу выделившегося углекислого газа.
Использовать массу всего добавленного раствора вместо массы содержащейся в нём азотной кислоты.