Решение: Состав раствора солей бария
Смесь хлорида бария и гидроксида бария растворили в воде. Полученный раствор разлили по трём колбам. К 520 г раствора в первой колбе добавили избыток раствора серной кислоты. При этом образовалось 163,1 г осадка. К 130 г раствора во второй колбе добавили 166,5 г 20%-ной соляной кислоты. В результате массовая доля кислоты в растворе уменьшилась вдвое. Вычислите массовую долю хлорида бария и гидроксида бария в растворе в третьей колбе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).
Решение по шагам
12 шаговЗапишем уравнения реакций, протекающих при добавлении серной кислоты и соляной кислоты:
$$\mathrm{BaCl_2 + H_2SO_4 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2HCl}$$При взаимодействии гидроксида бария с соляной кислотой образуются хлорид бария и вода:
$$\mathrm{Ba(OH)_2 + 2HCl \rightarrow BaCl_2 + 2H_2O}$$Рассчитаем количество вещества осадка сульфата бария. Используем $M(\mathrm{BaSO_4})=233$ г/моль.
$$n(\mathrm{BaSO_4})=\dfrac{163{,}1\ \text{г}}{233\ \text{г/моль}}=0{,}700\ \text{моль}$$По уравнению реакции количество вещества сульфата бария равно суммарному количеству вещества хлорида бария и гидроксида бария в 520 г исходного раствора. В 130 г раствора содержится в четыре раза меньше каждого вещества:
$$n(\mathrm{BaCl_2})+n(\mathrm{Ba(OH)_2})=\dfrac{0{,}700}{4}=0{,}175\ \text{моль}$$В 166,5 г 20%-ного раствора соляной кислоты содержится:
$$m(\mathrm{HCl})=166{,}5\cdot 0{,}20=33{,}3\ \text{г};\quad n(\mathrm{HCl})=\dfrac{33{,}3}{36{,}5}=0{,}912\ \text{моль}$$Массовая доля соляной кислоты уменьшилась вдвое, то есть в полученном растворе стала равной $10\%$. Масса раствора после смешения равна:
$$m_{\text{р-ра}}=130+166{,}5=296{,}5\ \text{г}$$Масса непрореагировавшей соляной кислоты составляет:
$$m_{\text{ост}}(\mathrm{HCl})=296{,}5\cdot 0{,}10=29{,}65\ \text{г};\quad n_{\text{ост}}(\mathrm{HCl})=\dfrac{29{,}65}{36{,}5}=0{,}812\ \text{моль}$$Количество соляной кислоты, вступившей в реакцию:
$$n_{\text{расх}}(\mathrm{HCl})=0{,}912-0{,}812=0{,}100\ \text{моль}$$По уравнению реакции на 1 моль гидроксида бария требуется 2 моль соляной кислоты. Поэтому в 130 г исходного раствора содержится:
$$n(\mathrm{Ba(OH)_2})=\dfrac{0{,}100}{2}=0{,}050\ \text{моль}$$Количество вещества хлорида бария в 130 г раствора:
$$n(\mathrm{BaCl_2})=0{,}175-0{,}050=0{,}125\ \text{моль}$$Рассчитаем массы солей в 130 г раствора:
$$m(\mathrm{BaCl_2})=0{,}125\cdot 208=26{,}0\ \text{г};\quad m(\mathrm{Ba(OH)_2})=0{,}050\cdot 171=8{,}55\ \text{г}$$Состав раствора во всех трёх колбах одинаков, поэтому массовые доли веществ в третьей колбе равны:
$$\omega(\mathrm{BaCl_2})=\dfrac{26{,}0}{130}\cdot 100\%=20{,}0\%;\quad \omega(\mathrm{Ba(OH)_2})=\dfrac{8{,}55}{130}\cdot 100\%=6{,}58\%$$Массовая доля хлорида бария в растворе третьей колбы составляет $20{,}0\%$, массовая доля гидроксида бария — $6{,}58\%$.
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 130 г раствора составляет четверть от 520 г.
Считать, что вся соляная кислота вступает в реакцию.
Забывать коэффициент 2 перед соляной кислотой в реакции с гидроксидом бария.
Определять массовую долю вещества через количество вещества без перехода к массе.
Не учитывать уменьшение массовой доли кислоты вдвое.