Масса осадка после пропускания газа через гидроксид кальция
Газ, образовавшийся в результате полного сгорания этана (C2H6) объемом 179,2 мл (н. у.) пропустили через порцию 0,1%-го раствора гидроксида кальция массой 740 г. Вычислите массу образовавшегося осадка и массовую долю соли, находящейся в растворе после реакции. В расчетах допустите, что углекислый газ полностью растворился в реакционной смеси.
Дано
`V(C_2H_6) = 179.2 text{ мл} = 0.1792 text{ л}`
`m(р-ра) = 740 text{ г}`
`ω(Ca(OH)_2) = 0.1%`
Найти
`m(CaCO_3) = text{ ?}`
`ω(Ca(HCO_3)_2) = text{ ?}`
Решение
Запишем уравнения реакций:
`2C_2H_6 + 7O_2 = 4CO_2 + 6H_2O`
Найдём количество вещества этана:
`n(C_2H_6) = (V(C_2H_6))/V_m = 0.1792/22.4 = 0.008 text{ моль}`
Согласно уравнению реакции, количество вещества углекислого газа в 2 раза больше количества этана:
`n(CO_2) = 2*n(C_2H_6) = 2*0.008 = 0.016 text{ моль}`
Найдём массу гидроксида кальция в растворе:
`m(Ca(OH)_2) = (ω(Ca(OH)_2)*m(р-ра))/100 = (0.1*740)/100 = 0.74 text{ г}`
Найдём количество вещества гидроксида кальция:
`n(Ca(OH)_2) = (m(Ca(OH)_2))/(M(Ca(OH)_2)) = 0.74/74 = 0.01 text{ моль}`
Сравним количества `CO_2` и `Ca(OH)_2`. Для полного образования карбоната кальция требуется `n(CO_2) = n(Ca(OH)_2) = 0.01 text{ моль}`. У нас имеется 0.016 моль `CO_2`, что больше. Следовательно, сначала весь `Ca(OH)_2` прореагирует с образованием `CaCO_3`, а затем избыток `CO_2` будет растворять часть осадка с образованием гидрокарбоната кальция.
Запишем реакции:
`CO_2 + Ca(OH)_2 = CaCO_3 text{↓} + H_2O`
`CO_2 + CaCO_3 + H_2O = Ca(HCO_3)_2`
По первой реакции количество образовавшегося `CaCO_3` равно количеству `Ca(OH)_2`:
`n_1(CaCO_3) = n(Ca(OH)_2) = 0.01 text{ моль}`
Количество `CO_2`, пошедшее на первую реакцию, равно 0.01 моль. Остаток `CO_2`:
`n_text{изб.}(CO_2) = n(CO_2) - 0.01 = 0.016 - 0.01 = 0.006 text{ моль}`
По второй реакции количество растворившегося `CaCO_3` равно количеству избыточного `CO_2`:
`n_text{раств.}(CaCO_3) = n_text{изб.}(CO_2) = 0.006 text{ моль}`
Количество оставшегося осадка `CaCO_3`:
`n_text{ост.}(CaCO_3) = n_1(CaCO_3) - n_text{раств.}(CaCO_3) = 0.01 - 0.006 = 0.004 text{ моль}`
Найдём массу осадка:
`m(CaCO_3) = n_text{ост.}(CaCO_3)*M(CaCO_3) = 0.004*100 = 0.4 text{ г}`
Количество образовавшегося гидрокарбоната кальция равно количеству избыточного `CO_2`:
`n(Ca(HCO_3)_2) = n_text{изб.}(CO_2) = 0.006 text{ моль}`
Найдём массу гидрокарбоната кальция:
`m(Ca(HCO_3)_2) = n(Ca(HCO_3)_2)*M(Ca(HCO_3)_2) = 0.006*162 = 0.972 text{ г}`
Масса конечного раствора увеличилась на массу поглощённого `CO_2` и уменьшилась на массу выпавшего осадка `CaCO_3`:
`m(CO_2) = n(CO_2)*M(CO_2) = 0.016*44 = 0.704 text{ г}`
`m_text{итог.}(р-ра) = m(р-ра) + m(CO_2) - m(CaCO_3) = 740 + 0.704 - 0.4 = 740.304 text{ г}`
Вычислим массовую долю гидрокарбоната кальция в конечном растворе:
`ω(Ca(HCO_3)_2) = (100*m(Ca(HCO_3)_2))/(m_text{итог.}(р-ра)) = (100*0.972)/740.304 = 0.1313%`
Ответ
`m(CaCO_3) = 0.4 text{ г}`
`ω(Ca(HCO_3)_2) = 0.1313%`