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:
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!
