Через 522 г 5%-го раствора нитрата бария пропускали электрический ток до тех пор, пока на аноде не выделилось 8,4 л газа (н. у.). Полученный раствор смешали с насыщенным при комнатной температуре раствором сульфата натрия, приготовленным при добавлении воды к 96,6 г глауберовой соли. После окончания всех реакций массовая доля сульфата натрия уменьшилась в 4,5 раза. Вычислите растворимость безводного сульфата натрия при комнатной температуре (в г на 100 г воды). В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).
💡 Пошаговый разбор и решение:
1. Запишем уравнения реакций:
$\ChemForm2H_2O = 2H_2\uparrow + O_2\uparrow ( 1 )$
$\ChemFormBa ( NO_3 ) _2 + Na_2SO_4 = BaSO_4\downarrow + 2NaNO_3 ( 2 )$
2. Найдем массу раствора нитрата бария после пропускания электрического тока:
$\it m_исх\rm ( Ba ( NO_3 ) _2 ) = 522 \cdot 0,05 = 26,1г$
$\nu_исх.\rm ( Ba ( NO_3 ) _2 ) = $\frac{26,1}{261}$ = 0,1моль$
На аноде после электролиза будет выделяться кислород:
$\nu\rm ( O_2 ) = $\frac{8,4}{22,4}$ = 0,375моль$
$\nu_эл - з\rm ( H_2O ) = 2\nu\rm ( O_2 ) = 0,75моль$
$\it m\rm=\nu\rm \cdot M\rm$
$\it m_эл - з\rm ( H_2O ) = 0,75 \cdot 18 = 13,5 г$
$\it m_1\rm ( раствора ) = \it m_раствора\rm ( Ba ( NO_3 ) _2 ) - \it m_эл - з\rm ( H_2O )$
$\it m_1\rm ( раствора ) = 522 - 13,5 = 508,5 г$
3. За $\it m_0\rm ( H_2O ) = x$ обозначим массу воды, взятую для приготовления раствора сульфата натрия:
$\nu_исх.\rm ( Na_2SO_4 \cdot 10H_2O ) = $\frac{96,6}{322}$ = 0,3моль$
$\nu_исх.\rm ( Na_2SO_4 \cdot 10H_2O ) = \nu\rm ( Na_2SO_4 ) = 0,3моль$
$\it m_общ.\rm ( Na_2SO_4 ) = 0,3 \cdot 142 = 42,6 г$
$\it m\rm ( насыщ. раствора Na_2SO_4 ) = \it m\rm ( Na_2SO_4 \cdot 10H_2O ) + \it m_0\rm ( H_2O )$
Массовая доля сульфата натрия в растворе, полученного растворением глауберовой соли в воде:
$\omega_1\rm ( Na_2SO_4 ) = $\frac{\it m_общ.\rm ( Na_2SO_4 )}{\it m\rm ( Na_2SO_4 \cdot 10H_2O ) + \it m_0\rm ( H_2O )}$ = \frac{42,6}{x + 96,6}$
Масса конечного раствора:
$\nu_прореаг.\rm ( Na_2SO_4 ) = \nu\rm ( BaSO_4 ) = \nu\rm ( Ba ( NO_3 ) _2 ) = 0,1моль$
$\it m\rm ( BaSO_4 ) = 0,1 \cdot 233 = 23,3 г$
$\nu_не прореаг.\rm ( Na_2SO_4 ) = 0,3 - 0,1 = 0,2моль$
$\it m_не прореаг.\rm ( Na_2SO_4 ) = 0,2 \cdot 142 = 28,4 г$
$\it m_2\rm ( раствора ) = \it m_1\rm ( раствора ) + \it m\rm ( Na_2SO_4 \cdot 10H_2O ) + \it m_0\rm ( H_2O ) - \it m\rm ( BaSO_4 )$ $\it m_2\rm ( раствора ) = \it m_1\rm ( раствора ) + $
$ + \it m\rm ( Na_2SO_4 \cdot 10H_2O ) + \it m_0\rm ( H_2O ) - \it m\rm ( BaSO_4 )$
Массовая доля сульфата натрия в конечном растворе (после протекания реакции с нитратом бария):
$\omega_2\rm ( Na_2SO_4 ) = $\frac{\it m_не прореаг.\rm ( Na_2SO_4 )}{\it m_2\rm ( раствора )}$ = $\frac{28,4}{508,5 + x + 96,6 - 23,3}$ = \frac{28,4}{x + 581,8}$ $\omega_2\rm ( Na_2SO_4 ) = $\frac{\it m_не прореаг.\rm ( Na_2SO_4 )}{\it m_2\rm ( раствора )}$ =$
$= $\frac{28,4}{508,5 + x + 96,6 - 23,3}$ = \frac{28,4}{x + 581,8}$
$4,5 \omega_2\rm ( Na_2SO_4 ) = \omega_1\rm ( Na_2SO_4 )$
$\frac{4.5 \cdot 28,4}{x + 581,5} = \frac{42,6}{x + 96,6}$
$x = \it m_0\rm ( H_2O ) = 146г$
4. Растворимость показывает сколько грамм вещества может содержаться в насыщенном растворе на 100 г воды. Вычислим растворимость безводного сульфата натрия:
$\nu_к/г\rm ( H_2O ) = 10 \nu\rm ( Na_2SO_4 \cdot 10H_2O ) = 3 моль$
$\it m_к/г\rm ( H_2O ) = 3 \cdot 18 = 54г$
$\it m\rm ( в насыщ. раствора H_2O ) =\it m_к/г\rm ( H_2O ) + \it m_0\rm ( H_2O ) = 54 + 146 = 200 г$ $\it m\rm ( в насыщ. раствора H_2O ) =$
$=\it m_к/г\rm ( H_2O ) + \it m_0\rm ( H_2O ) = 54 + 146 = 200 г$
В 200 г воды растворяется 42,6 г сульфата натрия, значит, на 100 воды:
$S = $\frac{100 \cdot 42,6}{200}$ = 21,3 г$
Растворимость сульфата натрия при комнатной температуре:
$S ( Na_2SO_4 ) = 21,3 г соли на 100 г воды$
$\ChemForm2H_2O = 2H_2\uparrow + O_2\uparrow ( 1 )$
$\ChemFormBa ( NO_3 ) _2 + Na_2SO_4 = BaSO_4\downarrow + 2NaNO_3 ( 2 )$
2. Найдем массу раствора нитрата бария после пропускания электрического тока:
$\it m_исх\rm ( Ba ( NO_3 ) _2 ) = 522 \cdot 0,05 = 26,1г$
$\nu_исх.\rm ( Ba ( NO_3 ) _2 ) = $\frac{26,1}{261}$ = 0,1моль$
На аноде после электролиза будет выделяться кислород:
$\nu\rm ( O_2 ) = $\frac{8,4}{22,4}$ = 0,375моль$
$\nu_эл - з\rm ( H_2O ) = 2\nu\rm ( O_2 ) = 0,75моль$
$\it m\rm=\nu\rm \cdot M\rm$
$\it m_эл - з\rm ( H_2O ) = 0,75 \cdot 18 = 13,5 г$
$\it m_1\rm ( раствора ) = \it m_раствора\rm ( Ba ( NO_3 ) _2 ) - \it m_эл - з\rm ( H_2O )$
$\it m_1\rm ( раствора ) = 522 - 13,5 = 508,5 г$
3. За $\it m_0\rm ( H_2O ) = x$ обозначим массу воды, взятую для приготовления раствора сульфата натрия:
$\nu_исх.\rm ( Na_2SO_4 \cdot 10H_2O ) = $\frac{96,6}{322}$ = 0,3моль$
$\nu_исх.\rm ( Na_2SO_4 \cdot 10H_2O ) = \nu\rm ( Na_2SO_4 ) = 0,3моль$
$\it m_общ.\rm ( Na_2SO_4 ) = 0,3 \cdot 142 = 42,6 г$
$\it m\rm ( насыщ. раствора Na_2SO_4 ) = \it m\rm ( Na_2SO_4 \cdot 10H_2O ) + \it m_0\rm ( H_2O )$
Массовая доля сульфата натрия в растворе, полученного растворением глауберовой соли в воде:
$\omega_1\rm ( Na_2SO_4 ) = $\frac{\it m_общ.\rm ( Na_2SO_4 )}{\it m\rm ( Na_2SO_4 \cdot 10H_2O ) + \it m_0\rm ( H_2O )}$ = \frac{42,6}{x + 96,6}$
Масса конечного раствора:
$\nu_прореаг.\rm ( Na_2SO_4 ) = \nu\rm ( BaSO_4 ) = \nu\rm ( Ba ( NO_3 ) _2 ) = 0,1моль$
$\it m\rm ( BaSO_4 ) = 0,1 \cdot 233 = 23,3 г$
$\nu_не прореаг.\rm ( Na_2SO_4 ) = 0,3 - 0,1 = 0,2моль$
$\it m_не прореаг.\rm ( Na_2SO_4 ) = 0,2 \cdot 142 = 28,4 г$
$\it m_2\rm ( раствора ) = \it m_1\rm ( раствора ) + \it m\rm ( Na_2SO_4 \cdot 10H_2O ) + \it m_0\rm ( H_2O ) - \it m\rm ( BaSO_4 )$ $\it m_2\rm ( раствора ) = \it m_1\rm ( раствора ) + $
$ + \it m\rm ( Na_2SO_4 \cdot 10H_2O ) + \it m_0\rm ( H_2O ) - \it m\rm ( BaSO_4 )$
Массовая доля сульфата натрия в конечном растворе (после протекания реакции с нитратом бария):
$\omega_2\rm ( Na_2SO_4 ) = $\frac{\it m_не прореаг.\rm ( Na_2SO_4 )}{\it m_2\rm ( раствора )}$ = $\frac{28,4}{508,5 + x + 96,6 - 23,3}$ = \frac{28,4}{x + 581,8}$ $\omega_2\rm ( Na_2SO_4 ) = $\frac{\it m_не прореаг.\rm ( Na_2SO_4 )}{\it m_2\rm ( раствора )}$ =$
$= $\frac{28,4}{508,5 + x + 96,6 - 23,3}$ = \frac{28,4}{x + 581,8}$
$4,5 \omega_2\rm ( Na_2SO_4 ) = \omega_1\rm ( Na_2SO_4 )$
$\frac{4.5 \cdot 28,4}{x + 581,5} = \frac{42,6}{x + 96,6}$
$x = \it m_0\rm ( H_2O ) = 146г$
4. Растворимость показывает сколько грамм вещества может содержаться в насыщенном растворе на 100 г воды. Вычислим растворимость безводного сульфата натрия:
$\nu_к/г\rm ( H_2O ) = 10 \nu\rm ( Na_2SO_4 \cdot 10H_2O ) = 3 моль$
$\it m_к/г\rm ( H_2O ) = 3 \cdot 18 = 54г$
$\it m\rm ( в насыщ. раствора H_2O ) =\it m_к/г\rm ( H_2O ) + \it m_0\rm ( H_2O ) = 54 + 146 = 200 г$ $\it m\rm ( в насыщ. раствора H_2O ) =$
$=\it m_к/г\rm ( H_2O ) + \it m_0\rm ( H_2O ) = 54 + 146 = 200 г$
В 200 г воды растворяется 42,6 г сульфата натрия, значит, на 100 воды:
$S = $\frac{100 \cdot 42,6}{200}$ = 21,3 г$
Растворимость сульфата натрия при комнатной температуре:
$S ( Na_2SO_4 ) = 21,3 г соли на 100 г воды$
📚 Похожие разобранные задания по предмету:
ID 121519 • Задание №19
Установите соответствие между уравнением реакции и изменением степени окисления элемента-окислителя в ней: к к...
ID 123699 • Задание №27
Дано термохимическое уравнение реакции:
$\ChemForm2KNO_3 = 2KNO_2 плюс O_2 минус 255 кДж$
Вычислите количест...
Официальные критерии проверки ФИПИ:
Критерии проверки:
Критерии оценивания выполнения задания | Баллы
Ответ правильный и полный:
— в ответе правильно записаны уравнения реакций, соответствующих условию задания;
— правильно произведены вычисления, в которых используются
необходимые физические величины, заданные в условии задания;
— продемонстрирована логически обоснованная взаимосвязь
физических величин, на основании которых проводятся расчеты;
— в соответствии с условием задания определена искомая физическая величина | 4
Допущена ошибка только в одном из перечисленных выше
элементов ответа | 3
Допущены ошибки в двух из перечисленных выше элементах ответа | 2
Допущены ошибки в трех из перечисленных выше элементах ответа | 1
Все элементы ответа записаны неверно. | 0
Максимальный балл | 4
Примечание. В случае, когда в ответе содержится ошибка в вычислениях в одном из трех элементов (втором, третьем или четвертом), которая привела к неверному ответу, оценка за выполнение задания снижается только на 1 балл.
Критерии оценивания выполнения задания | Баллы
Ответ правильный и полный:
— в ответе правильно записаны уравнения реакций, соответствующих условию задания;
— правильно произведены вычисления, в которых используются
необходимые физические величины, заданные в условии задания;
— продемонстрирована логически обоснованная взаимосвязь
физических величин, на основании которых проводятся расчеты;
— в соответствии с условием задания определена искомая физическая величина | 4
Допущена ошибка только в одном из перечисленных выше
элементов ответа | 3
Допущены ошибки в двух из перечисленных выше элементах ответа | 2
Допущены ошибки в трех из перечисленных выше элементах ответа | 1
Все элементы ответа записаны неверно. | 0
Максимальный балл | 4
Примечание. В случае, когда в ответе содержится ошибка в вычислениях в одном из трех элементов (втором, третьем или четвертом), которая привела к неверному ответу, оценка за выполнение задания снижается только на 1 балл.
🔗 Другие задания линии №34 по предмету Химия:
ID 126200
При нагревании образца карбоната кальция часть вещества разложилась. При этом выделилось 4,48 л...
ID 126201
Навеску гидрокарбоната натрия прокаливали в течение непродолжительного времени и получили тверд...
ID 126202
Навеску основного карбоната меди прокаливали в течение непродолжительного времени и получили тв...
ID 126203
Навеску технического карбоната кальция массой 8,00 г растворили в избытке соляной кислоты. К по...
ID 126204
Железную проволоку массой 0,295 г растворили при нагревании в избытке разбавленной азотной кисл...