РУҚА
34

Решение: Массовая доля карбоната натрия

ЕГЭ · Химия · Задание 34 · Химические расчёты
ВысокаяФИПИEE4984Развёрнутое решение≈ 15 минутРазбор в 16 шагов
Условие

Фосфид кальция массой 18,2 г растворили в 182,5 г 20%-ного раствора соляной кислоты. К полученному раствору добавили 200,2 г кристаллической соды ($\mathrm{Na_2CO_3 \cdot 10H_2O}$). Определите массовую долю карбоната натрия в конечном растворе.

В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).

Открыть задачу и решить самому
Дальше ответЕсли ещё решаете — начните с подсказок: они ведут к ответу, но не выдают его.
К подсказкам

Решение по шагам

16 шагов
1

Запишем уравнения реакций, происходящих при выполнении условия:

$$\mathrm{Ca_3P_2 + 6HCl \rightarrow 3CaCl_2 + 2PH_3\uparrow}$$
2

После добавления соды соляная кислота реагирует с карбонатом натрия:

$$\mathrm{Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + CO_2\uparrow + H_2O}$$
3

Образовавшийся хлорид кальция также реагирует с карбонатом натрия с образованием осадка:

$$\mathrm{CaCl_2 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3\downarrow + 2NaCl}$$
4

Рассчитаем количество вещества фосфида кальция:

$$M(\mathrm{Ca_3P_2})=3\cdot40+2\cdot31=182\ \mathrm{г/моль};\quad n(\mathrm{Ca_3P_2})=\frac{18{,}2\ \mathrm{г}}{182\ \mathrm{г/моль}}=0{,}1\ \mathrm{моль}$$
5

Масса соляной кислоты в растворе и её количество вещества равны:

$$m(\mathrm{HCl})=182{,}5\ \mathrm{г}\cdot0{,}20=36{,}5\ \mathrm{г};\quad n(\mathrm{HCl})=\frac{36{,}5\ \mathrm{г}}{36{,}5\ \mathrm{г/моль}}=1{,}0\ \mathrm{моль}$$
6

Для реакции с фосфидом кальция потребуется $0{,}6\ \mathrm{моль}$ соляной кислоты, поэтому кислота находится в избытке. После первой реакции образуется:

$$n(\mathrm{CaCl_2})=3n(\mathrm{Ca_3P_2})=3\cdot0{,}1=0{,}3\ \mathrm{моль}$$
7

Количество оставшейся соляной кислоты составляет:

$$n_{\text{ост}}(\mathrm{HCl})=1{,}0-6\cdot0{,}1=0{,}4\ \mathrm{моль}$$
8

Рассчитаем количество вещества кристаллической соды:

$$M(\mathrm{Na_2CO_3\cdot10H_2O})=106+10\cdot18=286\ \mathrm{г/моль};\quad n(\mathrm{Na_2CO_3\cdot10H_2O})=\frac{200{,}2\ \mathrm{г}}{286\ \mathrm{г/моль}}=0{,}7\ \mathrm{моль}$$
9

На нейтрализацию оставшейся соляной кислоты потребуется:

$$n_1(\mathrm{Na_2CO_3})=\frac{n_{\text{ост}}(\mathrm{HCl})}{2}=\frac{0{,}4}{2}=0{,}2\ \mathrm{моль}$$
10

На реакцию с хлоридом кальция потребуется:

$$n_2(\mathrm{Na_2CO_3})=n(\mathrm{CaCl_2})=0{,}3\ \mathrm{моль}$$
11

Общее количество соды, необходимое для обеих реакций, равно:

$$n_{\text{расх}}(\mathrm{Na_2CO_3})=0{,}2+0{,}3=0{,}5\ \mathrm{моль}$$
12

Однако кристаллической соды внесено $0{,}7\ \mathrm{моль}$. После нейтрализации кислоты оставшиеся $0{,}5\ \mathrm{моль}$ карбоната натрия реагируют с $0{,}3\ \mathrm{моль}$ хлорида кальция. Следовательно, фактически на эти реакции расходуется вся сода:

$$0{,}2+0{,}3=0{,}5\ \mathrm{моль}$$
13

Уточнение расчёта: в первой реакции фосфид кальция потребляет $0{,}6\ \mathrm{моль}$ HCl, а образовавшийся $\mathrm{CaCl_2}$ связывает $0{,}3\ \mathrm{моль}$ карбоната натрия. Из внесённых $0{,}7\ \mathrm{моль}$ соды $0{,}2\ \mathrm{моль}$ расходуется на оставшиеся $0{,}4\ \mathrm{моль}$ HCl и $0{,}3\ \mathrm{моль}$ — на осаждение кальция; остаётся $0{,}2\ \mathrm{моль}$ карбоната натрия.

$$n_{\text{ост}}(\mathrm{Na_2CO_3})=0{,}7-0{,}2-0{,}3=0{,}2\ \mathrm{моль}$$
14

Масса карбоната натрия в конечном растворе:

$$m(\mathrm{Na_2CO_3})=0{,}2\ \mathrm{моль}\cdot106\ \mathrm{г/моль}=21{,}2\ \mathrm{г}$$
15

Масса конечного раствора определяется с учётом выделившихся газов $\mathrm{PH_3}$ и $\mathrm{CO_2}$, а также осадка $\mathrm{CaCO_3}$. Масса осадка составляет $0{,}3\cdot100=30\ \mathrm{г}$, масса фосфина — $0{,}2\cdot34=6{,}8\ \mathrm{г}$, масса углекислого газа — $0{,}2\cdot44=8{,}8\ \mathrm{г}$:

$$m_{\text{кон. раствора}}=18{,}2+182{,}5+200{,}2-6{,}8-8{,}8-30=355{,}3\ \mathrm{г}$$

Массовая доля карбоната натрия в конечном растворе равна:

$$\omega(\mathrm{Na_2CO_3})=\frac{21{,}2\ \mathrm{г}}{355{,}3\ \mathrm{г}}\cdot100\%=5{,}97\%\approx6{,}0\%$$
Ответ

Массовая доля карбоната натрия в конечном растворе составляет примерно $6{,}0\%$.

Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.

Где здесь ошибаются

Не учитывать реакцию карбоната натрия с образовавшимся хлоридом кальция.

Считать массу кристаллогидрата массой безводного карбоната натрия.

Не вычитать из общей массы системы выделившиеся газы и выпавший осадок при расчёте массы конечного раствора.

При расчёте массовой доли использовать массу всей смеси вместо массы конечного раствора.

Закрепить приёмВ теме «Химические расчёты» ещё 309 задач — с ответом и таким же разбором.
Тренироваться

Как решать задание 34 ЕГЭ, химия

Разбор этой задачи разложен на 16 шагов: видно, откуда берётся каждое число и где теряется балл. Ответ приведён рядом с выкладками, а не вместо них.

Задача из темы «Химические расчёты»: в ней 310 задач, и у каждой есть такой же разбор. Регистрация не нужна.