Условие задачи

Через 25%-й раствор гидроксида натрия массой 960 г пропустили углекислый газ объемом 89,6 л (н. у.). Вычислите массовые доли солей в растворе после реакции.

Решение

Ниже приведём подробное решение задачи по неорганической химии (стехиометрия взаимодействия газов с растворами щёлочей).

Условие задачи:
Через 960-граммовый 25%-й раствор гидроксида натрия (NaOH) пропустили углекислый газ (CO₂) объёмом 89,6 л (при нормальных условиях). Требуется вычислить массовые доли солей в растворе после реакции.

Ход решения:

1. Определим количество NaOH в исходном растворе.
25%-й раствор означает, что в 100 г раствора содержится 25 г NaOH. Тогда в 960 г раствора масса NaOH будет:
m(NaOH) = 0,25 × 960 г = 240 г.
Число молей NaOH:
n(NaOH) = 240 г / 40 г/моль = 6 моль.

2. Определим число молей CO₂.
При нормальных условиях (н. у.) 1 моль любого газа занимает 22,4 л. Тогда:
n(CO₂) = 89,6 л / 22,4 л/моль = 4 моль.

3. Запишем последовательность реакций между CO₂ и NaOH.
При прохождении CO₂ через раствор NaOH сначала происходит образование бикарбоната натрия (NaHCO₃):
CO₂ + NaOH → NaHCO₃ (1)
При наличии избытка NaOH может протекать дальнейшая реакция:
NaHCO₃ + NaOH → Na₂CO₃ + H₂O (2)

Пошагово:
a) По реакции (1) 4 моль CO₂ реагируют с 4 моль NaOH, образуя 4 моль NaHCO₃.
Остаток NaOH = 6 – 4 = 2 моль.
b) Далее по реакции (2) 2 моль NaHCO₃ (из 4 моль) реагируют с оставшимися 2 моль NaOH, превращаясь в 2 моль Na₂CO₃ и 2 моль H₂O.

Таким образом, в результате полностью прореагировали:
– 2 моль NaHCO₃ (остаток после частичного превращения)
– 2 моль Na₂CO₃
Обратите внимание, что на каждом этапе все реагенты исчерпаны.

4. Рассчитаем массы полученных солей.
Молярная масса NaHCO₃ ≈ 84 г/моль, а Na₂CO₃ ≈ 106 г/моль.
– Масса NaHCO₃ = 2 моль × 84 г/моль = 168 г.
– Масса Na₂CO₃ = 2 моль × 106 г/моль = 212 г.
Общая масса солей = 168 г + 212 г = 380 г.

5. Учтём массовый баланс раствора.
Исходный раствор содержал 960 г, из которых NaOH = 240 г, а вода = 960 – 240 = 720 г. При протекании реакции к раствору поступает CO₂ (4 моль × 44 г/моль = 176 г), а также образуется 2 моль H₂O (2 × 18 г = 36 г).
Таким образом, итоговая масса раствора будет:
M_итог = исходная масса раствора (960 г) + масса CO₂ (176 г) + дополнительная масса воды (из (2)) (36 г)
M_итог = 960 г + 176 г + 36 г = 1172 г.

Однако стоит внимательно понять, что массу, принятых за 960 г раствора, можно трактовать, как массу исходного раствора, в который добавлялся газ. При добавлении CO₂ масса раствора увеличивается, поэтому итоговая масса раствора равна 1172 г.

6. Вычислим массовые доли солей в получившемся растворе.
Массовая доля компонента вычисляется как (масса компонента / общая масса раствора) × 100%.
– Для Na₂CO₃:
w(Na₂CO₃) = (212 г / 1172 г) × 100% ≈ 18,10%.
– Для NaHCO₃:
w(NaHCO₃) = (168 г / 1172 г) × 100% ≈ 14,35%.

Если требуется найти массовые доли солей среди всей массы раствора, то окончательный ответ:
– Массовая доля Na₂CO₃ ≈ 18,1%.
– Массовая доля NaHCO₃ ≈ 14,4%.
Общая соль (сумма солей) будет около 32,5% от массы раствора.

Альтернативно, если требуется распределение по массе среди всех солей (то есть отношение Na₂CO₃ и NaHCO₃ в смеси солей), то:
– Доля Na₂CO₃ = (212 г / 380 г) × 100% ≈ 55,8%.
– Доля NaHCO₃ = (168 г / 380 г) × 100% ≈ 44,2%.

Выбор трактовки зависит от условия. Обычно под «массовыми долями солей в растворе» понимают именно массовую концентрацию каждого из солевых компонентов относительно общей массы раствора.

Таким образом, окончательные ответы:

Вариант 1. Если искали массовую концентрацию солей в растворе:
– Na₂CO₃: приблизительно 18,1%,
– NaHCO₃: приблизительно 14,4%.

Вариант 2. Если нужно распределение по массе среди соли:
– Na₂CO₃: приблизительно 55,8% от массы солей,
– NaHCO₃: приблизительно 44,2% от массы солей.

Ответ выбирается согласно постановке задачи.