При реакции 67,3г сурьмы с избытком олеума образуется сульфат. Получившуюся соль выделяют, сушат и добавляют к ней раствор гидроксида натрия объёмом 1л(≈1,6г/мл), в котором концентрация гидроксида 9%. После к раствору добавляют 430,8г 28,9% раствора соляной кислоты. Определить массовую долю гидроксид-ионов в итоговом растворе.
При реакции с олеумом у нас образуется сульфат сурьмы (Sb₂(SO₄)₃). Теперь рассмотрим, как это отражается на образовании сульфата. Учитывая, что 2 моль сурьмы образуют 1 моль сульфата:
Литры раствора 1 л, а плотность раствора 1,6 г/мл, значит масса раствора: [ m{\text{раствора}} = 1 \times 1000 \, \text{мл} \cdot 1,6 \, \text{г/мл} = 1600 \, \text{г} ] Концентрация 9% означает, что в 100 г раствора 9 г NaOH. Следовательно, в 1600 г раствора содержится: [ m{\text{NaOH}} = 0,09 \cdot 1600 \, \text{г} = 144 \, \text{г} ] Молярная масса NaOH составляет 40 г/моль. Найдем количество молей NaOH: [ n_{\text{NaOH}} = \frac{144 \, \text{г}}{40 \, \text{г/моль}} = 3,6 \, \text{моль} ]
Определим количество соляной кислоты HCl:
У нас есть 430,8 г 28,9% HCl раствора. Сначала находим массу HCl: [ m{\text{HCl}} = 430,8 \, \text{г} \cdot 0,289 = 124,8 \, \text{г} ] Молярная масса HCl составляет 36,46 г/моль. Затем найдем количество молей HCl: [ n{\text{HCl}} = \frac{124,8 \, \text{г}}{36,46 \, \text{г/моль}} \approx 3,43 \, \text{моль} ]
Определим реакции и количество ионов:
При добавлении NaOH сульфат антимония не реагирует и не выделяет ионы OH⁻, а добавленный NaOH будет реагировать с HCl по следующей реакции: [ \text{NaOH} + \text{HCl} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O} ] Здесь у нас:
3,6 моль NaOH3,43 моль HCl
Это означает, что после нейтрализации у нас остаётся: [ n_{\text{NaOH}}^{\text{остаток}} = 3,6 - 3,43 = 0,17 \, \text{моль} \quad (\text{избыток NaOH}) ]
Определим количество ионов OH⁻ в итоговом растворе:
В результате у нас остаётся 0,17 моль NaOH, а значит, и 0,17 моль OH⁻ ионов.
Определим массу итогового раствора:
Масса раствора = масса NaOH + масса HCl + масса остального раствора. [ M_{\text{раствора}} = 1600 \, \text{г} + 430,8 \, \text{г} = 2030,8 \, \text{г} ]
Для решения данной задачи нам необходимо пройти поэтапно.
Определим количество образовавшегося сульфата сурьмы (сульфата антимония):
Сурьма (Sb) имеет атомную массу 121,76 г/моль. По формуле:
[
\text{Количество Sb} = \frac{67,3 \, \text{г}}{121,76 \, \text{г/моль}} \approx 0,552 \, \text{моль}
]
При реакции с олеумом у нас образуется сульфат сурьмы (Sb₂(SO₄)₃). Теперь рассмотрим, как это отражается на образовании сульфата. Учитывая, что 2 моль сурьмы образуют 1 моль сульфата:
[
\text{Количество } Sb₂(SO₄)₃ = \frac{0,552}{2} \approx 0,276 \, \text{моль}
]
Определим количество NaOH в растворе:
Литры раствора 1 л, а плотность раствора 1,6 г/мл, значит масса раствора:
[
m{\text{раствора}} = 1 \times 1000 \, \text{мл} \cdot 1,6 \, \text{г/мл} = 1600 \, \text{г}
]
Концентрация 9% означает, что в 100 г раствора 9 г NaOH. Следовательно, в 1600 г раствора содержится:
[
m{\text{NaOH}} = 0,09 \cdot 1600 \, \text{г} = 144 \, \text{г}
]
Молярная масса NaOH составляет 40 г/моль. Найдем количество молей NaOH:
[
n_{\text{NaOH}} = \frac{144 \, \text{г}}{40 \, \text{г/моль}} = 3,6 \, \text{моль}
]
Определим количество соляной кислоты HCl:
У нас есть 430,8 г 28,9% HCl раствора. Сначала находим массу HCl:
[
m{\text{HCl}} = 430,8 \, \text{г} \cdot 0,289 = 124,8 \, \text{г}
]
Молярная масса HCl составляет 36,46 г/моль. Затем найдем количество молей HCl:
[
n{\text{HCl}} = \frac{124,8 \, \text{г}}{36,46 \, \text{г/моль}} \approx 3,43 \, \text{моль}
]
Определим реакции и количество ионов:
При добавлении NaOH сульфат антимония не реагирует и не выделяет ионы OH⁻, а добавленный NaOH будет реагировать с HCl по следующей реакции:
3,6 моль NaOH3,43 моль HCl[
\text{NaOH} + \text{HCl} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}
]
Здесь у нас:
Это означает, что после нейтрализации у нас остаётся:
[
n_{\text{NaOH}}^{\text{остаток}} = 3,6 - 3,43 = 0,17 \, \text{моль} \quad (\text{избыток NaOH})
]
Определим количество ионов OH⁻ в итоговом растворе:
В результате у нас остаётся 0,17 моль NaOH, а значит, и 0,17 моль OH⁻ ионов.
Определим массу итогового раствора:
Масса раствора = масса NaOH + масса HCl + масса остального раствора.
[
M_{\text{раствора}} = 1600 \, \text{г} + 430,8 \, \text{г} = 2030,8 \, \text{г}
]
Расчет массовой доли OH⁻:
Масса OH⁻ от NaOH:
[
m{\text{OH}^-} = n{\text{OH}^-} \cdot M_{\text{OH}^-} = 0,17 \, \text{моль} \cdot 17 \, \text{г/моль} \approx 2,89 \, \text{г}
]
Массовая доля OH⁻:
[
ω{\text{OH}^-} = \frac{m{\text{OH}^-}}{m_{\text{раствора}}} = \frac{2,89 \, \text{г}}{2030,8 \, \text{г}} \cdot 100\% \approx 0,142\%
]
Итак, массовая доля гидроксид-ионов в итоговом растворе составляет примерно 0,142%.