Газ, твёрдый остаток и раствор
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 : 2 | Образуется \(\ce{Na2CO3}\), а часть NaOH остаётся в избытке. |
| 1 : 2 | Образуется \(\ce{Na2CO3}\). |
| между 1 : 2 и 1 : 1 | Образуется смесь \(\ce{Na2CO3}\) и \(\ce{NaHCO3}\). |
| ≥ 1 : 1 | Образуется \(\ce{NaHCO3}\). |
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
- \(\ce{2NaOH + CO2 -> Na2CO3 + H2O}\) — при реакции углекислого газа со щёлочью образуется карбонат натрия.
- \(\ce{Na2CO3 + CO2 + H2O -> 2NaHCO3}\) — при дальнейшем поглощении углекислого газа карбонат превращается в гидрокарбонат натрия.
- \(\ce{NaOH + SO2 -> NaHSO3}\) — 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.
| Вещество | Остаток | Потеря массы для указанного количества вещества |
|---|---|---|
| \(\ce{NaHCO3}\) (2 моль) | \(\ce{Na2CO3}\) | 62,0 г (\(\ce{CO2}\) + \(\ce{H2O}\)) |
| \(\ce{CaCO3}\) | CaO | 44,0 г |
| \(\ce{Cu(OH)2}\) | CuO | 18,0 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:
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 %.