Вопрос школьника
Смешали 250 г раствора сульфата железа(III) с концентрацией 8 % и 50 г раствора гидроксида натрия с концентрацией 30 %. Найти концентрацию веществ в получившемся растворе.
Ответ от учителя
Для решения задачи необходимо использовать закон сохранения массы и закон действующих масс.
Сначала найдем количество вещества в каждом из исходных растворов:
— Для раствора сульфата железа(III):
Масса раствора: 250 г
Концентрация: 8 %
Объем раствора можно найти, разделив массу на плотность раствора:
V = m/ρ = 250 г / 1,2 г/мл = 208,33 мл
Количество вещества можно найти, умножив объем на концентрацию и на коэффициент превращения (в данном случае он равен 1, так как сульфат железа(III) не претерпевает реакции):
n = V * c * k = 208,33 мл * 0,08 * 1 = 16,67 моль
— Для раствора гидроксида натрия:
Масса раствора: 50 г
Концентрация: 30 %
Объем раствора можно найти, разделив массу на плотность раствора:
V = m/ρ = 50 г / 1,1 г/мл = 45,45 мл
Количество вещества можно найти, умножив объем на концентрацию и на коэффициент превращения (в данном случае он равен 1, так как гидроксид натрия не претерпевает реакции):
n = V * c * k = 45,45 мл * 0,3 * 1 = 13,64 моль
Теперь найдем количество вещества в получившемся растворе. Для этого необходимо учесть, что при смешении растворов происходит реакция образования осадка гидроксида железа(III):
FeCl3 + 3NaOH → Fe(OH)3↓ + 3NaCl
Коэффициенты перед веществами в уравнении показывают, что для образования 1 моля осадка гидроксида железа(III) необходимо 1 моль сульфата железа(III) и 3 моля гидроксида натрия.
Таким образом, количество вещества гидроксида натрия ограничивает количество осадка, который может образоваться. Это значит, что в получившемся растворе количество гидроксида натрия будет полностью использовано для образования осадка, а избыток сульфата железа(III) останется в растворе.
Количество осадка можно найти, умножив количество гидроксида натрия на коэффициент перед ним в уравнении реакции:
n(Fe(OH)3) = n(NaOH) * 3 = 13,64 моль * 3 = 40,92 моль
Таким образом, в получившемся растворе будет содержаться 40,92 моль осадка гидроксида железа(III) и избыток сульфата железа(III).
Объем получившегося раствора можно найти, сложив объемы исходных растворов:
V = V(FeCl3) + V(NaOH) = 208,33 мл + 45,45 мл = 253,78 мл
Массу получившегося раствора можно найти, умножив его объем на плотность:
m = V * ρ = 253,78 мл * 1,2 г/мл = 304,54 г
Теперь можно найти концентрацию каждого вещества в получившемся растворе:
— Концентрация гидроксида железа(III):
c(Fe(OH)3) = n(Fe(OH)3) / V = 40,92 моль / 253,78 мл = 0,161 М
— Концентрация сульфата железа(III):
c(FeCl3) = (n(FeCl3) — n(Fe(OH)3)) / V = (16,67 моль — 40,92 моль) / 253,78 мл = 0,095 М
— Концентрация гидроксида натрия:
c(NaOH) = 0 (все гидроксид натрия использован для образования осадка)
