• 2. Рассчитайте количество гидроксида натрия NaOH (р = 1,35 г/мл), необходимое для растворения кремния, образовавшегося при нагревании 12 г магния Md и 12 г оксида кремния с SiO₂.
Для решения данной задачи, давайте разберемся с нею по шагам. Мы можем выделить несколько этапов:
Определение реакции: Определим, какие реакции происходят между магнием (Mg) и оксидом кремния (SiO₂).
Расчет стехиометрии: Используем закон сохранения массы и стехиометрию для нахождения необходимого количества NaOH для реакции.
Расчет массы NaOH: Мы рассчитаем массу гидроксида натрия (NaOH), необходимую для растворения получившегося кремния (Si).
Шаг 1: Определение реакций
Магний реагирует с оксидом кремния. Уравнение реакции:
\[ \text{2Mg} + \text{SiO}_2 \rightarrow \text{2MgO} + \text{Si} \]
По уравнению реакции видно, что 2 моль магния реагируют с 1 моль оксида кремния, чтобы образовать 1 моль кремния.
Шаг 2: Подсчет моль Mg и SiO₂
Нам известны массы исходных веществ:
- Масса магния (Mg) = 12 г
- Масса оксида кремния (SiO₂) = 12 г
Теперь найдем количество молей для обоих веществ.
Для магния (Mg):
- Молярная масса Mg ≈ 24 г/моль.
- Моли Mg: \[ n_{Mg} = \frac{m_{Mg}}{M_{Mg}} = \frac{12 \, \text{г}}{24 \, \text{г/моль}} = 0,5 \, \text{моль} \]
Для оксида кремния (SiO₂):
- Молярная масса SiO₂ ≈ 60 г/моль.
- Моли SiO₂: \[ n_{SiO_2} = \frac{m_{SiO_2}}{M_{SiO_2}} = \frac{12 \, \text{г}}{60 \, \text{г/моль}} = 0,2 \, \text{моль} \]
Шаг 3: Определение образования кремния (Si)
Согласно уравнению реакции, 2 моль Mg дают 1 моль Si.
Из 0,5 моль Mg мы можем получить: \[ n_{Si} = \frac{0,5 \, \text{моль}}{2} = 0,25 \, \text{моль} \]
Количество Si ограничивается количеством SiO₂: \[ n_{Si} = 0,2 \, \text{моль} \]
Таким образом, мы получим 0,2 моль Si.
Шаг 4: Определение количества NaOH
Кремний (Si) реагирует с гидроксидом натрия (NaOH) в реакции: \[ \text{Si} + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Na}_2\text{SiO}_3 + \text{H}_2 \]
Это означает, что 1 моль Si требует 2 моль NaOH. Для 0,2 моль Si потребуется: \[ n_{NaOH} = 2 \times n_{Si} = 2 \times 0,2 = 0,4 \, \text{моль} \]
Шаг 5: Расчет массы NaOH
Молярная масса NaOH ≈ 40 г/моль. Теперь рассчитаем массу NaOH: \[ m_{NaOH} = n_{NaOH} \times M_{NaOH} = 0,4 \, \text{моль} \times 40 \, \text{г/моль} = 16 \, \text{г} \]
Шаг 6: Найдем объем NaOH
Учитывая плотность NaOH (ρ = 1,35 г/мл), найдем объем NaOH: \[ V_{NaOH} = \frac{m_{NaOH}}{\rho} = \frac{16 \, \text{г}}{1,35 \, \text{г/мл}} \approx 11,85 \, \text{мл} \]
Ответ
Для растворения кремния, образовавшегося при нагревании 12 г магния и 12 г оксида кремния, необходимо примерно 16 г гидроксида натрия (NaOH) или около 11,85 мл.
