Вычисление массовых долей продуктов взаимодействия
Хлороводород, полученный действием избытка концентрированной серной кислоты на 28,08 г хлорида натрия, растворили в воде. На полученный раствор подействовали избытком перманганата калия. Выделившийся газ пропустили через 150 мл 10%-ного раствора гидроксида калия (плотность 1,12 г/мл), нагретого до 100 °C. Какие вещества образуются в растворе и каковы их массовые доли?
Дано
`m(NaCl) = 28.08 text{ г}`
`V(text{р-ра } KOH) = 150 text{ мл}`
`ω(KOH) = 10%`
`ρ(text{р-ра } KOH) = 1.12 text{ г/мл}`
Найти
`ω(в-в) = text{ ?}`
Решение
Запишем уравнения реакций:
`NaCl_((тв.)) + H_2SO_(4text{(конц.)}) = NaHSO_4 + HCl text{↑}`
`2KMnO_4 + 16HCl = 2KCl + 2MnCl_2 + 5Cl_2 text{↑} + 8H_2O`
При нагревании до 100°C хлор реагирует со щёлочью с образованием хлората и хлорида калия:
`3Cl_2 + 6KOH = 5KCl + KClO_3 + 3H_2O`
Найдём количество вещества хлорида натрия:
`n(NaCl) = (m(NaCl))/(M(NaCl)) = 28.08/58.5 = 0.48 text{ моль}`
Согласно первому уравнению реакции, количество вещества хлороводорода равно количеству хлорида натрия:
`n(HCl) = n(NaCl) = 0.48 text{ моль}`
Согласно второму уравнению реакции, количество вещества хлора:
`n(Cl_2) = (5*n(HCl))/16 = (5*0.48)/16 = 0.15 text{ моль}`
Найдём массу раствора гидроксида калия:
`m(text{р-ра } KOH) = ρ(text{р-ра } KOH)*V(text{р-ра } KOH) = 1.12*150 = 168 text{ г}`
Найдём массу гидроксида калия в растворе:
`m(KOH) = (ω(KOH)*m(text{р-ра } KOH))/100 = (10*168)/100 = 16.8 text{ г}`
Найдём количество вещества гидроксида калия:
`n(KOH) = (m(KOH))/(M(KOH)) = 16.8/56 = 0.3 text{ моль}`
По третьему уравнению реакции на 3 моль Cl₂ требуется 6 моль KOH, то есть на 0.15 моль Cl₂ нужно 0.3 моль KOH. Щёлочь и хлор взяты в стехиометрическом соотношении, поэтому расчёт ведём по любому из них.
Согласно третьему уравнению реакции:
`n(KCl) = (5*n(Cl_2))/3 = (5*0.15)/3 = 0.25 text{ моль}`
`n(KClO_3) = (n(Cl_2))/3 = 0.15/3 = 0.05 text{ моль}`
Найдём массы образовавшихся солей:
`m(KCl) = n(KCl)*M(KCl) = 0.25*74.5 = 18.625 text{ г}`
`m(KClO_3) = n(KClO_3)*M(KClO_3) = 0.05*122.5 = 6.125 text{ г}`
Масса конечного раствора увеличилась на массу поглощённого хлора:
`m(Cl_2) = n(Cl_2)*M(Cl_2) = 0.15*71 = 10.65 text{ г}`
`m_text{итог.}(р-ра) = m(text{р-ра } KOH) + m(Cl_2) = 168 + 10.65 = 178.65 text{ г}`
Вычислим массовые доли солей в конечном растворе:
`ω(KCl) = (100*m(KCl))/(m_text{итог.}(р-ра)) = (100*18.625)/178.65 = 10.43%`
`ω(KClO_3) = (100*m(KClO_3))/(m_text{итог.}(р-ра)) = (100*6.125)/178.65 = 3.429%`
Ответ
`ω(KCl) = 10.43%`
`ω(KClO_3) = 3.429%`