Смесь карбоната кальция и хлорида кальция прокаливали некоторое время. При этом выделилось 1,120 дм³ (н. у.) газа. Полученный твердый остаток массой 11,4 г растворили в 49,8 см³…
Смесь карбоната кальция и хлорида кальция прокаливали некоторое время. При этом выделилось 1,120 дм³ (н. у.) газа. Полученный твердый остаток массой 11,4 г растворили в 49,8 см³ 20%-й соляной кислоты (плотность 1,1 г/см³). При этом выделилось еще 1,792 дм³ (н. у.) газа. Полученный раствор окрашивает лакмус в красный цвет. 1. Запишите уравнение химической реакции, протекавшей при про-каливании смеси. Учтите, что хлорид кальция не разлагается при нагревании. 2. Запишите уравнения реакций, протекавших при растворении твер-дого остатка в соляной кислоте, в молекулярной и ионной формах. 3 . Рассчитайте массу (г) карбоната кальция в исходной смеси. . Рассчитайте массу (г) хлорида кальция в исходной смеси. 4 5. Рассчитайте массу (г) полученного раствора и массовую долю (%) НСІ в нем.
Давайте пошагово решим поставленную задачу.
Исходные данные:
- Объем выделившегося газа при прокаливании смеси: 1,120 дм³ (н. у.).
- Масса твердого остатка после прокаливания: 11,4 г.
- Объем газа при растворении твердого остатка в HCl: 1,792 дм³ (н. у.).
- Объем раствора HCl: 49,8 см³.
- Плотность раствора HCl: 1,1 г/см³.
- Раствор окрашивается лакмусом в красный (значит, раствора кислота).
1. Реакция при прокаливании смеси (карбонат кальция и хлорид кальция)
Формулы веществ:
- Карбонат кальция: \( \mathrm{CaCO_3} \)
- Хлорид кальция: \( \mathrm{CaCl_2} \)
Известно, что:
Карбонат при нагревании деглорирует:
\(\mathrm{CaCO_3} \to \mathrm{CaO} + \mathrm{CO_2}\)Хлорид кальция не разлагается.
Ответ:
\[ \boxed{ \mathrm{CaCO_3} + \mathrm{heat} \to \mathrm{CaO} \downarrow + \mathrm{CO_2} \uparrow } \]
Общая реакция при прокаливании смеси:
\[ \boxed{ \mathrm{CaCO_3} + \mathrm{CaCl_2} \xrightarrow{\text{нагревание}} \mathrm{CaO} + \mathrm{CO_2} + \mathrm{CaCl_2} } \]
Но так как хлорид кальция не разлагается, то при прокаливании мы получаем выделение \( \mathrm{CO_2} \) из карбоната и фиксируем оксид кальция \( \mathrm{CaO} \).
2. Реакции при растворении твердого остатка в HCl
Изначально твердый остаток — смесь \( \mathrm{CaO} \) и оставшийся \( \mathrm{CaCl_2} \) (если он не улетучился).
- \( \mathrm{CaO} \) взаимодействует с HCl:
\[ \boxed{ \mathrm{CaO} + 2 \mathrm{HCl} \to \mathrm{CaCl_2} + \mathrm{H_2O} } \]
- \( \mathrm{CaCl_2} \) остается в растворе.
Ионная форма:
\[ \mathrm{CaO} + 2\,\mathrm{H^+} \to \mathrm{Ca^{2+}} + \mathrm{H_2O} \]
Общий реакционный механизм — растворение \( \mathrm{CaO} \) с образованием \( \mathrm{Ca^{2+}} \) и воды.
3. Расчет массы карбоната кальция в исходной смеси
Шаг 1. Определение количества выделившегося газа при прокаливании
Объем газа: 1,120 дм³ (н. у.).
Количество молей \( \mathrm{CO_2} \):
\[ n_{CO_2} = \frac{V_{CO_2}}{V_m} = \frac{1,120\,\mathrm{дм^3}}{22,4\,\mathrm{л/моль}} = \frac{1120\,\mathrm{л}}{22,4\,\mathrm{л/моль}} = 50\,\text{моль} \]
(здесь: 1 дм³ = 1 л)
Шаг 2. Связь с карбонатом кальция
Из реакции:
\[ \mathrm{CaCO_3} \to \mathrm{CaO} + \mathrm{CO_2} \]
1 моль \( \mathrm{CaCO_3} \) выделяет 1 моль \( \mathrm{CO_2} \).
Следовательно, масса \( \mathrm{CaCO_3} \):
Молярная масса \( \mathrm{CaCO_3} \):
\[ M_{CaCO_3} = 40 + 12 + (3 \times 16) = 100\,\mathrm{г/моль} \]
Масса карбоната:
\[ m_{CaCO_3} = n \times M_{CaCO_3} = 50\,\text{моль} \times 100\,\mathrm{г/моль} = 5000\,\mathrm{г} \]
Это явно много — более 4 кг, что кажется неправильно. Проверим единицы.
Проверка. Объем газа 1,120 м³ (н. у.)
Но исходное обозначение: 1,120 дм³ — это 1,120 литров, что равно 1.120 м³? Нет, скорее 1.120 дм³.
Поскольку 1 дм³ = 1 л, то при объеме 1,120 дм³ — это 1,120 литров.
Молярный объем газа (н. у.) — 22,4 л/моль. Тогда:
\[ n_{CO_2} = \frac{1,120\,\text{л}}{22,4\,\text{л/моль}} = 0,05\,\text{моль} \]
Это намного разумнее.
Извините за ошибку.
Итак:
\[ n_{CO_2} = 0,05\,\text{моль} \]
Масса \( \mathrm{CaCO_3} \):
\[ m_{CaCO_3} = 0,05\, \text{моль} \times 100\, \text{г/моль} = 5\, \textг \]
ИТОГ:
Масса карбоната кальция в исходной смеси: \( \boxed{5\,\text{г}} \).
4. Масса хлорида кальция
После прокаливания твердый остаток включает в себя недеградировавший \( \mathrm{CaCl_2} \) и обожжённый \( \mathrm{CaO} \), выступающий как остаток.
Общий твердый остаток: 11,4 г.
Масса исходного карбоната: 5 г.
Масса оставшегося \( \mathrm{CaO} \):
Образованный из \( \mathrm{CaCO_3} \):
Молярная масса \( \mathrm{CaO} \):
\[ M_{CaO} = 40 + 16 = 56\,\text{г/моль} \]
Количество:
\[ n_{CaO} = \text{из карбоната} = 0,05\,\,\textоль \Rightarrow 5\,\text{г} / 100\,\text{г/моль} = 0,05\,моль \]
Масса \( CaO \):
\[ m_{CaO} = 0,05\,моль \times 56\,\text{г/моль} = 2,8\,\textг \]
Масса оставшегося \( \mathrm{CaCl_2} \):
\[ m_{CaCl_2} = 11,4\,\text{г} - 2,8\,\text{г} = 8,6\,\text{г} \]
5. Масса и концентрация полученного раствора, массовая доля HCl
Объем раствора HCl:
\[ V_{HCl} = 49,8\,\text{см}^3 \]
Плотность — 1,1 г/см³, поэтому масса раствора:
\[ m_{раствора} = V \times \rho = 49,8\, \text{см}^3 \times 1,1\, \text{г/см}^3 = 54,78\,\text{г} \]
Концентрация HCl из объема выделенного газа при растворении:
Объем газа — 1,792 дм³ (н. у.):
\[ n_{газ} = \frac{1,792\,\text{л}}{22,4\,\text{л/моль}} = 0.08\, \text{моль} \]
Это — количество \( \mathrm{H_2} \) или \( \mathrm{CO_2} \) в реакции??
Рассматриваем:
- При растворении \( \mathrm{CaO} \):
\[ \mathrm{CaO} + 2 \mathrm{HCl} \to \mathrm{CaCl_2} + \mathrm{H_2O} \]
1 моль \( \mathrm{CaO} \) реагирует с 2 моль HCl, выделяется \( \mathrm{CaCl_2} \).
Объем газа, выделившегося при растворении, — вероятно, \( \mathrm{H_2} \) (αλ лакмус).
Так как в задаче выделяется 1,792 дм³ газа, его можно интерпретировать как выделение \( \mathrm{H_2} \):
\[ \mathrm{Ca} \text{ смешана с } \mathrm{HCl} \Rightarrow \text{выделение } \mathrm{H_2} \]
Молярный объем \( \mathrm{H_2} \):
\[ V_{H_2} = 22,4\, \text{л} \]
Молей \( H_2 \):
\[ n_{H_2} = \frac{1,792\, \text{л}}{22,4\, \text{л/моль}} = 0,08\, \text{моль} \]
Молярная реакция:
\[ \mathrm{Ca} + 2\,\mathrm{HCl} \to \mathrm{CaCl_2} + \mathrm{H_2} \]
Значит, 0,08 моль \( H_2 \) образовывается при реакции с 0,08 моль \( \mathrm{H_2} \), и \( \mathrm{HCl} \) всего потребовалось:
\[ n_{HCl} = 2 \times n_{H_2} = 0,16\, \text{моль} \]
Масса \( HCl \) в растворе:
\[ m_{HCl} = n_{HCl} \times M_{HCl} = 0,16\, \text{моль} \times 36,5\, \text{г/моль} = 5,84\, \text{г} \]
Массовая доля HCl в растворе:
\[ w_{HCl} = \frac{m_{HCl}}{m_{раствора}} \times 100\% = \frac{5,84}{54,78} \times 100\% \approx 10.65\% \]
Итоговые ответы:
| Вопрос | Ответ |
|---|---|
| 1. Уравнение реакции при прокаливании | \(\mathrm{CaCO_3} \to \mathrm{CaO} + \mathrm{CO_2}\) |
| 2. Уравнения реакции растворения твердых остатков | \(\mathrm{CaO} + 2\mathrm{HCl} \to \mathrm{CaCl_2} + \mathrm{H_2O}\) |
| 3. Масса карбоната кальция | 5 г |
| 4. Масса хлорида кальция | 8,6 г |
| 5. Масса раствора и массовая доля HCl | Масса раствора: 54.78 г Доля HCl: ~10.65% |
Если нужно более подробное объяснение или есть другие вопросы — обращайтесь!
