Готовимся к олимпиадам, страница 246 - гдз по химии 9 класс учебник Шиманович, Василевская

1. К раствору массой 200 г, содержавшему хлорид одного из щелочноземельных металлов, добавили раствор карбоната калия (избыток). В результате реакции образовались осадок массой 19,7 г и растворимая соль массой 14,9 г. Рассчитайте массовую долю соли в исходном растворе.

Дано:

Масса исходного раствора хлорида щёлочноземельного металла, $m(раствора~MeCl_2) = 200$ г

Масса образовавшегося осадка, $m(осадка) = 19,7$ г

Масса образовавшейся растворимой соли, $m(соли) = 14,9$ г

Перевод в систему СИ:

$m(раствора~MeCl_2) = 0,2$ кг

$m(осадка) = 0,0197$ кг

$m(соли) = 0,0149$ кг

Массовую долю соли в исходном растворе, $\omega(MeCl_2)$ — ?

1. Щёлочноземельные металлы (обозначим Me) — это элементы IIA группы периодической системы, в соединениях они проявляют степень окисления +2. Следовательно, формула хлорида такого металла — $MeCl_2$.

2. При добавлении раствора карбоната калия ($K_2CO_3$) к раствору хлорида щёлочноземельного металла протекает реакция ионного обмена. В результате образуется нерастворимый в воде карбонат щёлочноземельного металла ($MeCO_3$), который выпадает в осадок, и растворимая соль — хлорид калия ($KCl$).

3. Уравнение реакции в общем виде:

$MeCl_2 + K_2CO_3 \rightarrow MeCO_3 \downarrow + 2KCl$

4. Из условия известно, что осадок — это $MeCO_3$ с массой 19,7 г, а растворимая соль — это $KCl$ с массой 14,9 г.

5. Вычислим количество вещества образовавшегося хлорида калия ($KCl$). Для этого сначала найдем его молярную массу, используя относительные атомные массы: $A_r(K) \approx 39$, $A_r(Cl) \approx 35,5$.

$M(KCl) = 39 + 35,5 = 74,5$ г/моль.

Теперь найдем количество вещества:

$n(KCl) = \frac{m(KCl)}{M(KCl)} = \frac{14,9~\text{г}}{74,5~\text{г/моль}} = 0,2$ моль.

6. Согласно стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции, количества веществ реагентов и продуктов соотносятся как $n(MeCl_2) : n(K_2CO_3) : n(MeCO_3) : n(KCl) = 1 : 1 : 1 : 2$.

7. Используя это соотношение, найдем количество вещества исходной соли $MeCl_2$ и выпавшего осадка $MeCO_3$.

$n(MeCl_2) = \frac{1}{2} n(KCl) = \frac{1}{2} \times 0,2~\text{моль} = 0,1$ моль.

$n(MeCO_3) = \frac{1}{2} n(KCl) = \frac{1}{2} \times 0,2~\text{моль} = 0,1$ моль.

8. Зная массу и количество вещества осадка $MeCO_3$, мы можем определить его молярную массу и, следовательно, установить неизвестный металл Me.

$M(MeCO_3) = \frac{m(MeCO_3)}{n(MeCO_3)} = \frac{19,7~\text{г}}{0,1~\text{моль}} = 197$ г/моль.

9. Молярная масса карбонатной группы $CO_3$ составляет: $M(CO_3) = A_r(C) + 3 \times A_r(O) = 12 + 3 \times 16 = 60$ г/моль.

10. Вычтем из молярной массы карбоната металла молярную массу карбонатной группы, чтобы найти молярную массу неизвестного металла Me:

$M(Me) = M(MeCO_3) - M(CO_3) = 197~\text{г/моль} - 60~\text{г/моль} = 137$ г/моль.

11. Металл с относительной атомной массой 137 — это барий (Ba), который является щёлочноземельным металлом. Значит, исходная соль — хлорид бария ($BaCl_2$).

12. Теперь рассчитаем массу хлорида бария в исходном растворе. Его количество вещества нам известно ($n(BaCl_2) = 0,1$ моль). Найдем молярную массу $BaCl_2$.

$M(BaCl_2) = A_r(Ba) + 2 \times A_r(Cl) = 137 + 2 \times 35,5 = 137 + 71 = 208$ г/моль.

Масса хлорида бария:

$m(BaCl_2) = n(BaCl_2) \times M(BaCl_2) = 0,1~\text{моль} \times 208~\text{г/моль} = 20,8$ г.

13. Наконец, определим массовую долю соли ($BaCl_2$) в исходном растворе по формуле:

$\omega(\text{вещества}) = \frac{m(\text{вещества})}{m(\text{раствора})} \times 100\%$

$\omega(BaCl_2) = \frac{m(BaCl_2)}{m(раствора~MeCl_2)} \times 100\% = \frac{20,8~\text{г}}{200~\text{г}} \times 100\% = 10,4\%$.

Массовая доля соли в исходном растворе составляет 10,4%.