Чтобы решить задачу, начнем с определения, сколько кремния участвует в реакции. Кремний содержит 5% примесей, значит чистого кремния будет:
[
96 , \text{г} \times (1 - 0.05) = 96 , \text{г} \times 0.95 = 91.2 , \text{г}
]
Теперь найдем количество вещества кремния. Молярная масса кремния (Si) составляет примерно 28 г/моль, следовательно:
[
n_{Si} = \frac{m_{Si}}{M_{Si}} = \frac{91.2 , \text{г}}{28 , \text{г/моль}} \approx 3.257 , \text{моль}
]
Кремний реагирует с гидроксидом натрия по следующему уравнению:
[
Si + 2NaOH + H_2O \rightarrow Na_2SiO_3 + H_2
]
Из уравнения реакции видно, что 1 моль кремния реагирует с 2 молями гидроксида натрия и дает 1 моль водорода.
Таким образом, количество водорода, образующегося при реакции, будет равно количеству кремния:
[
n_{H_2} = n_{Si} \approx 3.257 , \text{моль}
]
Теперь найдем объем водорода, используя закон Бойля-Мариотта (при нормальных условиях объем 1 моль газа составляет 22.4 л):
[
V_{H_2} = n_{H_2} \times 22.4 , \text{л/моль} \approx 3.257 , \text{моль} \times 22.4 , \text{л/моль} \approx 73.0048 , \text{л}
]
Теперь найдем требуемое количество гидроксида натрия. Для этого мы знаем, что на 1 моль кремния требуется 2 моля NaOH:
[
n_{NaOH} = 2 \times n_{Si} \approx 2 \times 3.257 , \text{моль} \approx 6.514 , \text{моль}
]
Молярная масса NaOH составляет примерно 40 г/моль, следовательно:
[
m_{NaOH} = n_{NaOH} \times M_{NaOH} \approx 6.514 , \text{моль} \times 40 , \text{г/моль} \approx 260.56 , \text{г}
]
Итак, в результате взаимодействия 96 г кремния с избытком раствора гидроксида натрия образуется примерно 73.0 литра водорода, а для реакции потребуется около 260.6 г гидроксида натрия.
