В колбу с 50 г раствора гидроксида натрия опустили кусочек натрия массой 2,3 г. После окончания реакции в колбе находился 20% раствор гидроксида натрия. Найдите массовую долю гидроксида натрия в исходном растворе.
Каждый молекула натрия реагирует с одним из ионов гидроксида, выделяя водород.
Рассчитаем количество натрия: Масса натрия m<em>Na=2.3 г m<em>{\text{Na}} = 2.3 \, \text{г} m<em>Na=2.3г. Молярная масса натрия M</em>Na=23 г/моль M</em>{\text{Na}} = 23 \, \text{г/моль} M</em>Na=23г/моль. Количество натрия в молях: n<em>Na=m</em>NaMNa=2.3 г23 г/моль≈0.1 моль.
n<em>{\text{Na}} = \frac{m</em>{\text{Na}}}{M_{\text{Na}}} = \frac{2.3 \, \text{г}}{23 \, \text{г/моль}} \approx 0.1 \, \text{моль}. n<em>Na=MNam</em>Na=23г/моль2.3г≈0.1моль.
Количество молей гидроксида натрия: Для одной моли натрия требуется одна моль NaOH, значит, для 0.1 моль натрия потребуется 0.1 моль NaOH.
Запишем исходные данные: Изначальный раствор весит 50 г. Обозначим массу гидроксида натрия в исходном растворе как m<em>NaOH m<em>{\text{NaOH}} m<em>NaOH, и массу воды как m</em>water=50 г−mNaOH m</em>{\text{water}} = 50 \, \text{г} - m_{\text{NaOH}} m</em>water=50г−mNaOH.
После реакции: После реакции, в растворе остаётся 20% NaOH. То есть: m<em>NaOH (остаток)=0.2⋅m</em>раствор (после реакции)
m<em>{\text{NaOH (остаток)}} = 0.2 \cdot m</em>{\text{раствор (после реакции)}} m<em>NaOH (остаток)=0.2⋅m</em>раствор (послереакции)
Масса раствора после реакции равна массе исходного раствора, из которого нужно вычесть массу натрия, который прореагировал, и добавленный водород которыйможносчитать,чтоонвгазообразномсостояниикоторый можно считать, что он в газообразном состояниикоторыйможносчитать,чтоонвгазообразномсостоянии. Испарение или растворение газа не учитываем:
Количество реакций – одна моль NaOH реагирует с одной моль натрия. То есть, после реакции в растворе остается m<em>NaOH (остаток)=m</em>NaOH−0.1⋅40 г/моль =mNaOH−4 г m<em>{\text{NaOH (остаток)}} = m</em>{\text{NaOH}} - 0.1 \cdot 40 \, \text{г/моль } = m_{\text{NaOH}} - 4 \, \text{г} m<em>NaOH (остаток)=m</em>NaOH−0.1⋅40г/моль=mNaOH−4г.
Общая масса раствора после реакции: mраствор (после реакции)=50 г−4 г=46 г
m_{\text{раствор (после реакции)}} = 50 \, \text{г} - 4 \, \text{г} = 46 \, \text{г} mраствор (послереакции)=50г−4г=46г
Давайте начнем с анализа реакции между натрием NaNaNa и раствором гидроксида натрия NaOHNaOHNaOH. Реакция идет по следующему уравнению:
2Na+2NaOH→2Na++2OH−+H2 2 \text{Na} + 2 \text{NaOH} \rightarrow 2 \text{Na}^+ + 2 \text{OH}^- + \text{H}_2
2Na+2NaOH→2Na++2OH−+H2
Каждый молекула натрия реагирует с одним из ионов гидроксида, выделяя водород.
Рассчитаем количество натрия:
Масса натрия m<em>Na=2.3 г m<em>{\text{Na}} = 2.3 \, \text{г} m<em>Na=2.3г.
Молярная масса натрия M</em>Na=23 г/моль M</em>{\text{Na}} = 23 \, \text{г/моль} M</em>Na=23г/моль.
Количество натрия в молях:
n<em>Na=m</em>NaMNa=2.3 г23 г/моль≈0.1 моль. n<em>{\text{Na}} = \frac{m</em>{\text{Na}}}{M_{\text{Na}}} = \frac{2.3 \, \text{г}}{23 \, \text{г/моль}} \approx 0.1 \, \text{моль}.
n<em>Na=MNa m</em>Na =23г/моль2.3г ≈0.1моль.
Количество молей гидроксида натрия:
Для одной моли натрия требуется одна моль NaOH, значит, для 0.1 моль натрия потребуется 0.1 моль NaOH.
Запишем исходные данные:
Изначальный раствор весит 50 г. Обозначим массу гидроксида натрия в исходном растворе как m<em>NaOH m<em>{\text{NaOH}} m<em>NaOH, и массу воды как m</em>water=50 г−mNaOH m</em>{\text{water}} = 50 \, \text{г} - m_{\text{NaOH}} m</em>water=50г−mNaOH .
После реакции:
После реакции, в растворе остаётся 20% NaOH. То есть:
m<em>NaOH (остаток)=0.2⋅m</em>раствор (после реакции) m<em>{\text{NaOH (остаток)}} = 0.2 \cdot m</em>{\text{раствор (после реакции)}}
m<em>NaOH (остаток)=0.2⋅m</em>раствор (после реакции)
Масса раствора после реакции равна массе исходного раствора, из которого нужно вычесть массу натрия, который прореагировал, и добавленный водород которыйможносчитать,чтоонвгазообразномсостояниикоторый можно считать, что он в газообразном состояниикоторыйможносчитать,чтоонвгазообразномсостоянии. Испарение или растворение газа не учитываем:
Количество реакций – одна моль NaOH реагирует с одной моль натрия. То есть, после реакции в растворе остается m<em>NaOH (остаток)=m</em>NaOH−0.1⋅40 г/моль =mNaOH−4 г m<em>{\text{NaOH (остаток)}} = m</em>{\text{NaOH}} - 0.1 \cdot 40 \, \text{г/моль } = m_{\text{NaOH}} - 4 \, \text{г} m<em>NaOH (остаток)=m</em>NaOH−0.1⋅40г/моль =mNaOH −4г.
Общая масса раствора после реакции:
mраствор (после реакции)=50 г−4 г=46 г m_{\text{раствор (после реакции)}} = 50 \, \text{г} - 4 \, \text{г} = 46 \, \text{г}
mраствор (после реакции) =50г−4г=46г
Ищем массу NaOH в остатке:
Запишем уравнение для 20%-ного раствора:
20%×46 г=m<em>NaOH (остаток) 20\% \times 46 \, \text{г} = m<em>{\text{NaOH (остаток)}}
20%×46г=m<em>NaOH (остаток) m</em>NaOH (остаток)=0.2×46=9.2 г m</em>{\text{NaOH (остаток)}} = 0.2 \times 46 = 9.2 \, \text{г}
m</em>NaOH (остаток)=0.2×46=9.2г
Найдём начальную массу NaOH:
Из уравнения, где у нас была начальная масса NaOH:
m<em>NaOH−4 г=9.2 г m<em>{\text{NaOH}} - 4 \, \text{г} = 9.2 \, \text{г}
m<em>NaOH−4г=9.2г m</em>NaOH=9.2 г+4 г=13.2 г m</em>{\text{NaOH}} = 9.2 \, \text{г} + 4 \, \text{г} = 13.2 \, \text{г}
m</em>NaOH=9.2г+4г=13.2г
Вычислим массовую долю NaOH в оригинальном растворе:
массовая доля NaOH=m<em>NaOHm</em>раствор⋅100%=13.2 г50 г⋅100%=26.4% \text{массовая доля NaOH} = \frac{m<em>{\text{NaOH}}}{m</em>{\text{раствор}}} \cdot 100\% = \frac{13.2 \, \text{г}}{50 \, \text{г}} \cdot 100\% = 26.4\%
массовая доля NaOH=m</em>растворm<em>NaOH ⋅100%=50г13.2г ⋅100%=26.4%
Таким образом, массовая доля гидроксида натрия в исходном растворе составляет 26.4%\boxed{26.4\%}26.4% .