Решение: Массовая доля кислоты в растворе
При нагревании образца карбоната бария часть вещества разложилась. При этом выделилось $1{,}12\ \text{л}$ (н.у.) газа. Масса твёрдого остатка составила $27{,}35\ \text{г}$. Этот остаток добавили к $73\ \text{г}$ $30\%$-ного раствора соляной кислоты. Определите массовую долю кислоты в полученном растворе.
Запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления, указывая единицы измерения искомых физических величин.
Решение по шагам
11 шаговПри нагревании карбонат бария разлагается с образованием оксида бария и углекислого газа.
$$\mathrm{BaCO_3 \xrightarrow{t} BaO + CO_2}$$Определяем количество вещества выделившегося углекислого газа при н.у.:
$$n(\mathrm{CO_2})=\frac{V(\mathrm{CO_2})}{V_m}=\frac{1{,}12\ \mathrm{л}}{22{,}4\ \mathrm{л/моль}}=0{,}050\ \mathrm{моль}$$По уравнению разложения количество разложившегося карбоната бария равно $0{,}050\ \text{моль}$, а количество образовавшегося оксида бария также равно $0{,}050\ \text{моль}$. Его масса:
$$m(\mathrm{BaO})=nM=0{,}050\ \mathrm{моль}\cdot153{,}3\ \mathrm{г/моль}=7{,}665\ \mathrm{г}$$Масса непрореагировавшего карбоната бария в остатке:
$$m(\mathrm{BaCO_3})=27{,}35\ \mathrm{г}-7{,}665\ \mathrm{г}=19{,}685\ \mathrm{г}$$Количество вещества непрореагировавшего карбоната бария:
$$n(\mathrm{BaCO_3})=\frac{19{,}685\ \mathrm{г}}{197\ \mathrm{г/моль}}=0{,}100\ \mathrm{моль}$$При добавлении остатка к соляной кислоте протекают две реакции:
$$\mathrm{BaCO_3+2HCl\rightarrow BaCl_2+CO_2\uparrow+H_2O};\quad \mathrm{BaO+2HCl\rightarrow BaCl_2+H_2O}$$Количество соляной кислоты, необходимое для реакции с остатком:
$$n(\mathrm{HCl})=2\cdot0{,}100+2\cdot0{,}050=0{,}300\ \mathrm{моль}$$Изначально в растворе содержалось:
$$m(\mathrm{HCl})_0=73\ \mathrm{г}\cdot0{,}30=21{,}9\ \mathrm{г};\quad n(\mathrm{HCl})_0=\frac{21{,}9\ \mathrm{г}}{36{,}5\ \mathrm{г/моль}}=0{,}600\ \mathrm{моль}$$После реакций осталось $0{,}300\ \text{моль}$ соляной кислоты, или:
$$m(\mathrm{HCl})_{\text{ост}}=(0{,}600-0{,}300)\ \mathrm{моль}\cdot36{,}5\ \mathrm{г/моль}=10{,}95\ \mathrm{г}$$При реакции карбоната бария выделяется ещё $0{,}100\ \text{моль}$ углекислого газа, то есть $4{,}4\ \text{г}$. Масса полученного раствора:
$$m_{\text{р-ра}}=73\ \mathrm{г}+27{,}35\ \mathrm{г}-4{,}4\ \mathrm{г}=95{,}95\ \mathrm{г}$$Массовая доля соляной кислоты в полученном растворе:
$$\omega(\mathrm{HCl})=\frac{10{,}95\ \mathrm{г}}{95{,}95\ \mathrm{г}}\cdot100\%=11{,}4\%$$Массовая доля соляной кислоты в полученном растворе составляет $11{,}4\%$.
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 в твёрдом остатке находятся и непрореагировавший $\mathrm{BaCO_3}$, и образовавшийся $\mathrm{BaO}$.
Считать, что вся соляная кислота израсходовалась.
Не вычитать массу выделившегося при реакции углекислого газа из массы полученного раствора.
Использовать массу всего исходного образца вместо массы веществ в твёрдом остатке.