Вопрос школьника
При пропускании газа СО2 в насыщенный раствор гидроксида кальция (растворимость — 2 • 10^2 моль/л) до прекращения образования осадка масса смеси увеличилась на 4,4 г. Определите объем исходного раствора гидроксида кальция (р(раствора) = 1 г/мл).
Ответ от учителя
Для решения задачи необходимо использовать закон Генри, который гласит, что количество газа, растворенного в жидкости, пропорционально давлению газа над жидкостью. Также необходимо знать, что при реакции гидроксида кальция с углекислым газом образуется осадок карбоната кальция:
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O
Из уравнения реакции видно, что на каждый моль углекислого газа образуется один моль карбоната кальция. Следовательно, количество карбоната кальция, образовавшегося в растворе, можно определить по изменению массы смеси:
m(CaCO3) = 4,4 г
Для определения количества растворенного газа необходимо знать объем раствора гидроксида кальция, в который был пропущен газ. Обозначим этот объем как V.
Количество гидроксида кальция в растворе можно определить по его концентрации и объему:
n(Ca(OH)2) = c(Ca(OH)2) * V
где c(Ca(OH)2) = 2 • 10^2 моль/л — концентрация раствора гидроксида кальция.
Таким образом, количество углекислого газа, растворенного в растворе гидроксида кальция, можно определить по изменению массы смеси и количеству карбоната кальция, образовавшегося в растворе:
n(CO2) = n(CaCO3) = m(CaCO3) / M(CaCO3) = 4,4 г / 100,1 г/моль = 0,044 моль
где M(CaCO3) — молярная масса карбоната кальция.
Используя закон Генри, можно определить объем газа при стандартных условиях (температура 0 °C, давление 1 атм):
n(CO2) = V(CO2) * P(CO2) / (RT)
где P(CO2) — давление углекислого газа, R — универсальная газовая постоянная, T — температура в кельвинах.
При стандартных условиях давление углекислого газа равно 1 атм, температура 0 °C соответствует 273 К. Подставляя известные значения, получаем:
V(CO2) = n(CO2) * RT / P(CO2) = 0,044 моль * 8,31 Дж/(моль·К) * 273 К / (1 атм * 101325 Па/атм) = 0,96 л
Таким образом, объем исходного раствора гидроксида кальция, в который был пропущен углекислый газ, равен 0,96 л.
