Газ, твёрдый остаток и раствор — Неорганическая химия для олимпиад

Газ, твёрдый остаток и раствор

9 заданий

Газ в щёлочи

При поглощении кислотного газа щёлочью может образоваться средняя или кислая соль. Продукт зависит от мольного соотношения реагентов, то есть от отношения их количеств вещества. Например, для \(\ce{CO2}\) и \(\ce{NaOH}\) возможны следующие случаи:

\(n(\ce{CO2}) : n(\ce{NaOH})\)Продукт
< 1 : 2Образуется \(\ce{Na2CO3}\), а часть NaOH остаётся в избытке.
1 : 2Образуется \(\ce{Na2CO3}\).
между 1 : 2 и 1 : 1Образуется смесь \(\ce{Na2CO3}\) и \(\ce{NaHCO3}\).
≥ 1 : 1Образуется \(\ce{NaHCO3}\).

Так же при поглощении \(\ce{SO2}\) могут образоваться \(\ce{Na2SO3}\) и \(\ce{NaHSO3}\), а при поглощении \(\ce{H2S}\) — \(\ce{Na2S}\) и NaHS. Для \(\ce{P4O10}\) и \(\ce{H3PO4}\) следует учитывать три ступени нейтрализации.

scienceГаз и щёлочь

  1. \(\ce{2NaOH + CO2 -> Na2CO3 + H2O}\) — при реакции углекислого газа со щёлочью образуется карбонат натрия.
  2. \(\ce{Na2CO3 + CO2 + H2O -> 2NaHCO3}\) — при дальнейшем поглощении углекислого газа карбонат превращается в гидрокарбонат натрия.
  3. \(\ce{NaOH + SO2 -> NaHSO3}\) — при избытке \(\ce{SO2}\) образуется кислая соль.

boltБаланс натрия и углерода

Если весь поглощённый газ перешёл в соли, а щёлочи в растворе не осталось, состав смеси солей можно найти без последовательного расчёта реакций. Пусть раствор содержит \(a\) моль \(\ce{Na2CO3}\) и \(b\) моль \(\ce{NaHCO3}\). Тогда баланс натрия имеет вид \(2a + b = n(\ce{NaOH})\), а баланс углерода — \(a + b = n(\ce{CO2})\). Решение этих двух уравнений позволяет найти количества обеих солей.

Твёрдый остаток

При прокаливании часть вещества может покинуть образец в виде газов или водяного пара. Разность масс образца до и после прокаливания называют потерей массы. По составу выделившихся веществ можно определить, как эта потеря связана с количеством разложившегося исходного вещества.

ВеществоОстатокПотеря массы для указанного количества вещества
\(\ce{NaHCO3}\) (2 моль)\(\ce{Na2CO3}\)62,0 г (\(\ce{CO2}\) + \(\ce{H2O}\))
\(\ce{CaCO3}\)CaO44,0 г
\(\ce{Cu(OH)2}\)CuO18,0 г
\(\ce{CuSO4*5H2O}\)\(\ce{CuSO4}\)90,1 г
\(\ce{2KNO3}\)\(\ce{2KNO2}\)32,0 г (\(\ce{O2}\))

Если при прокаливании смеси разлагается только один компонент, по потере массы находят его количество.

edit_noteСода и питьевая сода

Смесь \(\ce{NaHCO3}\) и \(\ce{Na2CO3}\) массой 19,00 г потеряла при прокаливании 3,10 г. Поскольку \(\ce{Na2CO3}\) остаётся в твёрдом остатке, потеря массы связана с разложением \(\ce{NaHCO3}\). Его количество составляет \(2\cdot3{,}10/62{,}02 = 0{,}100\) моль, масса — 8,40 г, а массовая доля в исходной смеси — 44,2 %.

Состав конечного раствора

После растворения вещества и последующих реакций не вся масса исходных веществ обязательно остаётся в растворе: газ покидает его, а осадок отделяется от жидкой фазы. Поэтому массу конечного раствора рассчитывают так:

\[m_\text{р-ра} = m_\text{исх. р-ров} + m_\text{добавленных веществ} - m_\text{газов} - m_\text{осадков}.\]

Массовые доли растворённых веществ рассчитывают от найденной массы раствора.

edit_noteКарбонат в соляной кислоте

К 100 г 7,3 %-й соляной кислоты (0,200 моль HCl) добавили 10,6 г \(\ce{Na2CO3}\) (0,100 моль). В результате реакции выделилось 0,100 моль \(\ce{CO2}\) (4,40 г). Поэтому масса конечного раствора равна \(100 + 10{,}6 - 4{,}4 = 106{,}2\) г. В нём содержится 0,200 моль NaCl (11,69 г); массовая доля соли составляет 11,0 %.

boltЧто осталось в растворе?

После реакции перечислите все ионы, оставшиеся в растворе: ионы продуктов, избытка реагента и веществ, не участвовавших в реакции. Затем проверьте, вычтена ли масса выделившегося газа при расчёте массы раствора. Чаще всего ошибки возникают из-за неучтённого избытка кислоты или щёлочи либо из-за включения массы газа в массу конечного раствора.

push_pinГлавное

При решении многостадийной задачи необходимо следить за переходом элементов между фазами: если выделившийся газ полностью поглощён раствором, баланс элемента связывает его количество в газе и образовавшихся растворённых веществах. В частности, натрий из щёлочи переходит в соли. Если \(\ce{CO2}\) (или \(\ce{SO2}\), \(\ce{H2S}\)) поглощают раствором NaOH, то при отношении \(n(\text{газ})/n(\ce{NaOH})\) ≤ 0,5 образуется средняя соль; избыток щёлочи остаётся только при отношении меньше 0,5. При отношении между 0,5 и 1 образуется смесь средней и кислой солей, а при отношении ≥ 1 — кислая соль. При расчёте твёрдого остатка учитывают выделение веществ при разложении карбонатов, гидроксидов и кристаллогидратов; например, реакции \(\ce{2NaHCO3 -> Na2CO3 + CO2 + H2O}\) соответствует потеря 62 г на 2 моль. Для конечного раствора определяют все оставшиеся в нём ионы и рассчитывают его массу по формуле \(m_\text{р-ра} = m_\text{исх} + m_\text{добавл} - m_\text{газа} - m_\text{осадка}\).

Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.

Неорганическая химия для олимпиад · репетитор-кузьмин.рф
© 2026. Программа — авторская, по официальным комплектам ВсОШ, «Высшей пробы», «Ломоносова» и программе IChO; последовательность уроков и критерии перехода — методика курса.