Готовимся к олимпиадам, страница 189 - гдз по химии 9 класс учебник Шиманович, Василевская

1. Кремний массой 3,0 г, содержащий 5 % примесей, смешали с порошком магния массой 4,8 г и нагрели на воздухе. Продукт реакции А обработали холодной водой, при этом образовался осадок Б и выделился газ В. Осадок Б полностью растворили в соляной кислоте объемом 250 см³. Определите молярную концентрацию образовавшегося вещества в полученном растворе, если все реакции протекали количественно.

1. Дано:

$m(\text{Si с примесями}) = 3,0 \text{ г}$
$\omega(\text{примесей}) = 5 \% $
$m(\text{Mg}) = 4,8 \text{ г}$
$V(\text{раствора HCl}) = 250 \text{ см}^3$

$V(\text{раствора HCl}) = 250 \text{ см}^3 = 0,250 \text{ л}$

Найти:

$C(\text{образовавшегося вещества}) - ?$

Решение:

1. Найдем массу чистого кремния в исходном образце. Массовая доля чистого кремния составляет $100\% - 5\% = 95\%$.
$m(\text{Si}) = m(\text{Si с примесями}) \cdot (1 - \omega(\text{примесей})) = 3,0 \text{ г} \cdot (1 - 0,05) = 2,85 \text{ г}$.

2. Рассчитаем количество вещества (моль) исходных реагентов. Молярная масса кремния $M(\text{Si}) \approx 28$ г/моль, молярная масса магния $M(\text{Mg}) \approx 24$ г/моль.
$n(\text{Si}) = \frac{m(\text{Si})}{M(\text{Si})} = \frac{2,85 \text{ г}}{28 \text{ г/моль}} \approx 0,102 \text{ моль}$.
$n(\text{Mg}) = \frac{m(\text{Mg})}{M(\text{Mg})} = \frac{4,8 \text{ г}}{24 \text{ г/моль}} = 0,2 \text{ моль}$.

3. При нагревании смеси кремния и магния на воздухе образуется продукт А. Весь исходный магний вступает в реакции. Возможные реакции с участием магния:
$2Mg + Si \xrightarrow{t} Mg_2Si$ (силицид магния)
$2Mg + O_2 \xrightarrow{t} 2MgO$ (оксид магния)
$3Mg + N_2 \xrightarrow{t} Mg_3N_2$ (нитрид магния)

4. Продукт реакции А обрабатывают холодной водой. Все образовавшиеся соединения магния реагируют с водой с образованием гидроксида магния $Mg(OH)_2$, который выпадает в осадок Б.
$Mg_2Si + 4H_2O \rightarrow 2Mg(OH)_2\downarrow + SiH_4\uparrow$
$MgO + H_2O \rightarrow Mg(OH)_2\downarrow$
$Mg_3N_2 + 6H_2O \rightarrow 3Mg(OH)_2\downarrow + 2NH_3\uparrow$
В ходе этих превращений каждый атом магния из исходного вещества переходит в одну формульную единицу $Mg(OH)_2$. Таким образом, количество вещества гидроксида магния в осадке Б равно исходному количеству вещества магния.
$n(Mg(OH)_2) = n(Mg) = 0,2 \text{ моль}$.

5. Осадок Б полностью растворяют в соляной кислоте. При этом гидроксид магния реагирует с кислотой, образуя растворимую соль - хлорид магния ($MgCl_2$). Это и есть образовавшееся вещество в полученном растворе.
$Mg(OH)_2 + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + 2H_2O$

6. Согласно уравнению реакции, количество вещества образовавшегося хлорида магния равно количеству вещества гидроксида магния.
$n(MgCl_2) = n(Mg(OH)_2) = 0,2 \text{ моль}$.

7. Теперь можно определить молярную концентрацию хлорида магния в конечном растворе, объем которого равен $250 \text{ см}^3$ или $0,250 \text{ л}$.
$C(MgCl_2) = \frac{n(MgCl_2)}{V(\text{раствора})} = \frac{0,2 \text{ моль}}{0,250 \text{ л}} = 0,8 \text{ моль/л}$.

Ответ: молярная концентрация образовавшегося вещества ($MgCl_2$) в полученном растворе составляет 0,8 моль/л.