Вопрос школьника
Сколько килограммов оксида кальция получится при разложении 250 кг карбоната кальция, содержащего 20% примесей? Какой объем (н.у.) углекислого газа — оксида углерода (IV) при этом выделится?
Ответ от учителя
Для решения задачи необходимо использовать химическое уравнение реакции разложения карбоната кальция:
CaCO3 → CaO + CO2
Из уравнения видно, что при разложении 1 моль карбоната кальция образуется 1 моль оксида кальция и 1 моль углекислого газа. Молярная масса карбоната кальция равна 100 г/моль, молярная масса оксида кальция равна 56 г/моль, молярная масса углекислого газа равна 44 г/моль.
Сначала необходимо определить количество чистого карбоната кальция в 250 кг с учетом примесей. Если 20% массы карбоната кальция составляют примеси, то 80% массы составляет чистый карбонат кальция:
250 кг × 0,8 = 200 кг чистого карбоната кальция
Затем можно определить количество молей чистого карбоната кальция:
n(CaCO3) = m/M = 200 кг / 100 г/моль = 2000 моль
Так как при разложении 1 моль карбоната кальция образуется 1 моль оксида кальция, то количество молей оксида кальция будет равно количеству молей чистого карбоната кальция:
n(CaO) = n(CaCO3) = 2000 моль
Масса оксида кальция будет равна произведению количества молей на молярную массу:
m(CaO) = n(CaO) × M = 2000 моль × 56 г/моль = 112000 г = 112 кг
Таким образом, при разложении 250 кг карбоната кальция, содержащего 20% примесей, получится 112 кг оксида кальция.
Далее необходимо определить количество молей углекислого газа, которое выделится при разложении 200 кг чистого карбоната кальция:
n(CO2) = n(CaCO3) = 2000 моль
Объем углекислого газа можно определить по уравнению состояния идеального газа:
V(CO2) = n(CO2) × RT/P
где R – универсальная газовая постоянная, T – температура в Кельвинах, P – давление в Паскалях.
При нормальных условиях (н.у.) температура равна 273 К, давление равно 101325 Па:
V(CO2) = n(CO2) × R × 273 К / 101325 Па = 2000 моль × 8,31 Дж/(моль·К) × 273 К / 101325 Па ≈ 46 м³
Таким образом, при разложении 250 кг карбоната кальция, содержащего 20% примесей, получится 112 кг оксида кальция и выделится около 46 м³ углекислого газа.
