Вопрос школьника
Гидрокарбонат натрия и карбонат калия смешали в молярном соотношении 1:1. Какой объём газа (н.у.) выделяются при действии на 15 г. такой смеси избытка раствора азотной кислоты?
Ответ от учителя
Для решения задачи необходимо сначала записать уравнение реакции между гидрокарбонатом натрия и карбонатом калия с азотной кислотой:
NaHCO3 + KHCO3 + 2HNO3 → NaNO3 + KNO3 + 2CO2 + 2H2O
Из уравнения видно, что при реакции образуется два моля газа углекислого (CO2) на каждый моль гидрокарбоната натрия и карбоната калия. Также известно, что масса смеси гидрокарбоната натрия и карбоната калия равна 15 г.
Для расчета количества молей гидрокарбоната натрия и карбоната калия в смеси необходимо вычислить их молярные массы:
M(NaHCO3) = 84 г/моль
M(KHCO3) = 100 г/моль
Так как смесь содержит гидрокарбонат натрия и карбонат калия в молярном соотношении 1:1, то масса каждого компонента равна 7,5 г (половина от общей массы смеси). Количество молей каждого компонента можно вычислить, разделив его массу на молярную массу:
n(NaHCO3) = 7,5 г / 84 г/моль ≈ 0,089 моль
n(KHCO3) = 7,5 г / 100 г/моль = 0,075 моль
Таким образом, общее количество молей гидрокарбоната натрия и карбоната калия в смеси равно:
n(NaHCO3 + KHCO3) = 0,089 моль + 0,075 моль = 0,164 моль
Из уравнения реакции видно, что на каждый моль гидрокарбоната натрия и карбоната калия требуется два моля азотной кислоты. Так как в задаче говорится о избытке азотной кислоты, то можно предположить, что ее количество достаточно для полного реагирования всех молей гидрокарбоната натрия и карбоната калия. Таким образом, количество молей азотной кислоты, которое реагирует с смесью, равно:
n(HNO3) = 2 × n(NaHCO3 + KHCO3) = 2 × 0,164 моль = 0,328 моль
Объем газа углекислого, выделяющегося при реакции, можно вычислить по уравнению состояния идеального газа:
V = nRT/P
где V — объем газа (в нормальных условиях), n — количество молей газа, R — универсальная газовая постоянная (0,0821 л·атм/моль·К), T — температура (273 К), P — давление (1 атм).
Подставляя значения, получаем:
V = 0,328 моль × 0,0821 л·атм/моль·К × 273 К / 1 атм ≈ 7,5 л
Таким образом, при действии на 15 г смеси гидрокарбоната натрия и карбоната калия избытком раствора азотной кислоты выделяется около 7,5 л газа углекислого (в нормальных условиях).
