Вопрос школьника
При разложении образца карбоната бария выделился газ объемом 1,12 л (в пересчете на н.у.). Масса твердого остатка составила 27,35 г. После этого к остатку добавили 73 г 30%-ного раствора соляной кислоты. Определите массовую долю соляной кислоты в образовавшемся растворе.
Ответ от учителя
Для решения задачи необходимо использовать закон пропорций Лавуазье-Лапласа, который гласит, что при химической реакции между веществами объемы газов, выделяющихся или поглощающихся, пропорциональны коэффициентам стехиометрического уравнения.
Сначала найдем количество вещества, которое превратилось в газ при разложении карбоната бария. Для этого воспользуемся уравнением реакции:
BaCO3 → BaO + CO2
Молярная масса BaCO3 = 197,34 г/моль
Молярная масса CO2 = 44,01 г/моль
Масса CO2, выделившегося при разложении карбоната бария:
m(CO2) = V * ρ = 1,12 л * 1,29 г/л = 1,45 г
Количество вещества CO2:
n(CO2) = m(CO2) / M(CO2) = 1,45 г / 44,01 г/моль = 0,033 моль
Так как коэффициент при CO2 в уравнении реакции равен 1, то количество вещества BaCO3, превратившегося в CO2, также равно 0,033 моль.
Масса твердого остатка после разложения карбоната бария:
m(ост) = 27,35 г
Масса BaO, образовавшегося при разложении карбоната бария:
m(BaO) = m(ост) — m(CO2) = 27,35 г — 1,45 г = 25,9 г
Количество вещества BaO:
n(BaO) = m(BaO) / M(BaO) = 25,9 г / 153,33 г/моль = 0,169 моль
Так как коэффициент при BaO в уравнении реакции равен 1, то количество вещества BaCO3, превратившегося в BaO, также равно 0,169 моль.
При добавлении 73 г 30%-ного раствора соляной кислоты происходит реакция:
BaO + 2HCl → BaCl2 + H2O
Молярная масса HCl = 36,46 г/моль
Массовая доля HCl в 30%-ном растворе:
m(HCl) = 73 г * 0,3 = 21,9 г
n(HCl) = m(HCl) / M(HCl) = 21,9 г / 36,46 г/моль = 0,601 моль
V(HCl) = n(HCl) * Vm = 0,601 моль * 22,4 л/моль = 13,47 л
Vm — молярный объем газа при н.у. (22,4 л/моль)
Так как коэффициент при HCl в уравнении реакции равен 2, то количество вещества BaO, реагирующего с HCl, равно 0,084 моль.
Количество вещества BaCl2, образовавшегося при реакции:
n(BaCl2) = n(HCl) / 2 = 0,301 моль
Масса BaCl2:
m(BaCl2) = n(BaCl2) * M(BaCl2) = 0,301 моль * 208,23 г/моль = 62,5 г
Массовая доля соляной кислоты в образовавшемся растворе:
m(HCl) / (m(HCl) + m(BaCl2)) * 100% = 21,9 г / (21,9 г + 62,5 г) * 100% = 25,9%
Ответ: массовая доля соляной кислоты в образовавшемся растворе составляет 25,9%.
