Question

При нагревании образца карбоната бария часть вещества разложилась. При этом выделилось 4,48 л (н.у.) газа и образовалось 50 г твёрдого остатка. К остатку последовательно добавили 100 мл воды и 200 г 20%-ного раствора сульфата натрия. Вычислите массовую долю гидроксида натрия в полученном растворе. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения и обозначения искомых физических величин).

Accepted Answer

Answer

Идея решения: проследить цепочку реакций разложения карбоната бария, гидратации оксида и осаждения сульфата, затем рассчитать массовую долю образовавшегося гидроксида натрия в конечном растворе.

**Уравнения реакций:**

$$\ce{BaCO3 ->[t^{\circ}] BaO + CO2 ^}$$

$$\ce{BaO + H2O -> Ba(OH)2}$$

$$\ce{Ba(OH)2 + Na2SO4 -> BaSO4 v + 2NaOH}$$

**Расчёты:**

1) Вычислим количество выделившегося диоксида углерода:

$$n(\ce{CO2}) = \frac{V(\ce{CO2})}{V_m} = \frac{4{,}48}{22{,}4} = 0{,}2 	ext{ моль}$$

2) По стехиометрии первой реакции $n(\ce{BaO}) = n(\ce{CO2}) = 0{,}2$ моль.

Масса оксида бария:

$$m(\ce{BaO}) = n(\ce{BaO}) \cdot M(\ce{BaO}) = 0{,}2 \cdot 153 = 30{,}6 	ext{ г}$$

3) По второй реакции $n(\ce{Ba(OH)2}) = n(\ce{BaO}) = 0{,}2$ моль.

4) Найдём количество сульфата натрия в растворе:

$$m(\ce{Na2SO4}) = m_{	ext{р-ра}} \cdot \omega(\ce{Na2SO4}) = 200 \cdot 0{,}2 = 40 	ext{ г}$$

$$n(\ce{Na2SO4}) = \frac{m(\ce{Na2SO4})}{M(\ce{Na2SO4})} = \frac{40}{142} = 0{,}28 	ext{ моль}$$

5) Определим лимитирующий реагент в третьей реакции. Сравним отношения:

$$\frac{n(\ce{Ba(OH)2})}{1} = 0{,}2; \quad \frac{n(\ce{Na2SO4})}{1} = 0{,}28$$

Так как $0{,}2 < 0{,}28$, гидроксид бария находится в недостатке. Расчёты ведём по нему.

6) Количество образовавшегося гидроксида натрия:

$$n(\ce{NaOH}) = 2 \cdot n(\ce{Ba(OH)2}) = 2 \cdot 0{,}2 = 0{,}4 	ext{ моль}$$

$$m(\ce{NaOH}) = n(\ce{NaOH}) \cdot M(\ce{NaOH}) = 0{,}4 \cdot 40 = 16 	ext{ г}$$

7) Количество и масса образовавшегося осадка:

$$n(\ce{BaSO4}) = n(\ce{Ba(OH)2}) = 0{,}2 	ext{ моль}$$

$$m(\ce{BaSO4}) = 0{,}2 \cdot 233 = 46{,}6 	ext{ г}$$

8) Масса воды:

$$m(\ce{H2O}) = ho(\ce{H2O}) \cdot V(\ce{H2O}) = 1 \cdot 100 = 100 	ext{ г}$$

9) Масса конечного раствора:

$$m_{	ext{конечн. р-ра}} = m(\ce{BaO}) + m(\ce{H2O}) + m_{	ext{р-ра}}(\ce{Na2SO4}) - m(\ce{BaSO4})$$

$$m_{	ext{конечн. р-ра}} = 30{,}6 + 100 + 200 - 46{,}6 = 284 	ext{ г}$$

10) Массовая доля гидроксида натрия:

$$\omega(\ce{NaOH}) = \frac{m(\ce{NaOH})}{m_{	ext{конечн. р-ра}}} = \frac{16}{284} = 0{,}0563 \approx 5{,}6\%$$

Задание №34Расчётные задачиЕГЭ по химии