Юный химик Василина получала в лабора тории соляную кислоту. Для этого она собра ла прибор, изображенный на рисунке. В колбу поместила твердый хлорид натрия и к нему по каплям…
Юный химик Василина получала в лабора тории соляную кислоту. Для этого она собра ла прибор, изображенный на рисунке. В колбу поместила твердый хлорид натрия и к нему по каплям добавляла концентрированную сер-ную кислоту. Образующийся хлороводород она в течение полутора часов пропускала в стакан с дистиллированной водой. Объем полученного раствора составил 200 см³. Затем она измерила плотность полученного раствора, она оказалась равной 1,08 г/см³. Для установления состава раствора к пробе раствора объемом 20 см³ она добавила 10%-й (по массе) раствор гидроксида натрия. Для полной ней трализации кислоты потребовалось 40 г указанного раствора щелочи. NaCl 1. Рассчитайте массовую долю (%) хлороводорода в исходном растворе.
Давайте подробно решим задачу по шагам.
Дано:
- Объем исходного раствора HCl: \( V_{раствора} = 200\,см^3 \)
- Плотность раствора: \( \rho = 1,08\,г/см^3 \)
- Объем пробы для анализа: \( V_{пробы} = 20\,см^3 \)
- В эту пробу добавили 10%-й раствор NaOH (по массе)
- Общая масса добавленного NaOH для нейтрализации: \( 40\,г \)
Шаг 1. Найти массу исходного раствора HCl
Масса исходного раствора: \[ m_{раствора} = \rho \times V = 1,08\,г/см^3 \times 200\,см^3 = 216\,г \]
Шаг 2. Определить массу HCl в исходном растворе
Для этого сначала найдем, сколько HCl было в пробе объёмом 20 см³.
Взвесим: \[ m_{пробы} = 216\,г \times \frac{20\,см^3}{200\,см^3} = 216\,г \times 0,1 = 21.6\,г \]
Масса пробы \( 21.6\,г \) содержит часть всего раствора, а именно концентрацию в пробе необходимо определить.
Шаг 3. Расчет растворенной кислоты после добавления NaOH
Сначала определим, сколько NaOH было добавлено в пробу объёмом 20 см³.
- В пробе добавляли 10%-й по массе раствор NaOH.
- В 10% раствор NaOH масса NaOH: \[ m_{NaOH, в пробе} = 0.10 \times m_{раствора_ NaOH\_в_пробе} \]
Но для определения, сколько NaOH было добавлено, используем данное условие: «Для нейтрализации кислоты потребовалось 40 г добавленного раствора NaOH».
Обозначим:
- Масса раствора NaOH, добавленного в пробу: \( m_{NaOH в пробе} \).
Важно: В условии, по сути, говорится, что изначально в пробе было добавлено 10%-й раствор NaOH, и чтобы нейтрализовать всю кислоту в этой пробе, потребовалось 40 г этого раствора.
Шаг 4. Определение количества вещества NaOH в растворе
Масса добавленного раствора NaOH в пробе: \( m_{раствора} = 40\,г \).
Плотность этого раствора не дана, но поскольку он 10% по массе: \[ m_{NaOH} = 0.10 \times 40\,г = 4\,г \] Это количество NaOH в растворе, который был добавлен к пробе.
Шаг 5. Количество вещества NaOH
Молярная масса NaOH: \( M_{NaOH} \approx 40\,г/моль \).
Количество моль NaOH: \[ n_{NaOH} = \frac{m_{NaOH}}{M_{NaOH}} = \frac{4\,г}{40\,г/моль} = 0.1\,моль \]
Шаг 6. Связь со HCl
В процессе нейтрализации:
\[ \text{HCl} + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O} \]
Молярные соотношения 1:1. Значит, моль HCl, присутствующей в пробе, тоже равно 0.1 моль.
Шаг 7. Определить массу HCl в пробе
Молярная масса HCl: \( M_{HCl} \approx 36.5\,г/моль \).
Масса HCl в пробе: \[ m_{HCl, проба} = n_{HCl} \times M_{HCl} = 0.1\,моль \times 36.5\,г/моль = 3.65\,г \]
Шаг 8. Расчет массовой доли HCl в исходном растворе
Общий вес исходного раствора: \( 216\,г \)
Масса HCl в исходном растворе (по условию, в 200 см³ раствора они взяли 20 см³, в которой содержится 3.65 г HCl).
Массовая доля HCl в исходном растворе: \[ w_{HCl} = \frac{m_{HCl}}{m_{раствора}} \times 100\% \]
\[ w_{HCl} = \frac{3.65\,г}{216\,г} \times 100\% \approx 1.69\% \]
Итоговый ответ:
Массовая доля хлороводорода в исходном растворе составляет примерно 1.69%.
