Химия
8 класс
Вопрос
При кипячении 100 мл раствора (плотность $ \sim 1 г/см^{3}$), содержащего неизвестное вещество А, выделилось 0,448 л углекислого газа, измеренного при нормальных условиях. Нагревание раствора проводилось до прекращения выделения газа, сохраняя объем воды постоянным. После упаривання раствора выделилось 5,72 г вещества Б. При его прокаливании масса уменьшилась на 3,6 г. Определить, что собой представляет исходное вещество А и какова была его процентная концентрация в растворе. Какова процентная концентрация вещества Б до упаривания раствора? Гидролизом пренебречь.
Ответ
Выделение углекислого газа при кипячении раствора свидетельствует о том, что вещество А является гидрокарбонатом.
При нагревании гидрокарбонатов щелочноземельных или тяжелых металлов наряду с выделением углекислого газа выпадают осадки средних или основных карбонатов, например:
$Ca (HCO_{3})_{2} = CaCO_{3} \downarrow + H_{2}O + CO_{2}$
Но в условии задачи на выпадение осадка не указано.
Нагревание гидрокарбоната аммония приводит к его полному разложению:
$NH_{4}HCO_{3} = NH_{3} + CO_{2} + H_{2}O$
что тоже не удовлетворяет условию задачи. Следовательно, искомой солью может быть гидрокарбонат щелочного металла:
$2MeHCO_{3} = Me_{2}CO_{3} + H_{2}O + CO_{2}$,
исключая гидрокарбонат лития, так как при его разложении образующийся карбонат лития плохо растворим и будет выпадать в осадок (растворимость карбоната лития с повышением температуры уменьшается).
При упаривании раствора могут образоваться безводные карбонаты либо кристаллогидраты. Уменьшение массы вещества Б в результате его прокаливания свидетельствует, что оно является кристаллогидратом. Из щелочных карбонатов кристаллогидрат образует только карбонат натрия. Следовательно, веществом Б является $Na_{2}CO_{3} \cdot 10H_{2}O$, веществом А - $NaHCO_{3}$.
Рассчитаем процентную концентрацию гидрокарбоната натрия в исходном растворе. Количество молей выделившегося углекислого газа равно 0,02 моль ($0,448 : 22,4$). Исходя из уравнения реакции
$2NaHCO_{3} = Na_{2}CO_{3} + CO_{2} + H_{2}O$,
видно, что в растворе содержалось 0,04 моль или 3,36 г ($84 \cdot 0,04$) гидрокарбоната натрия, что составляет 3,36 %.
Вычислим процентную концентрацию карбоната натрия в растворе. Из вышеприведенного уравнения реакции следует, что в растворе при кипячении образовалось 0,02 моль или 2,12 г ($106 \cdot 0,02$) $Na{2}CO_{3}$. Масса раствора при этом уменьшилась на 0,88 г ($44 \cdot 0,02$) за счет выделившегося углекислого газа и стала равной 99,12 г (100 - 0,88).
В 99,12 г раствора содержалось 2,12 г $Na_{2}CO_{3}$
В 100 г раствора содержалось $x$ г $Na_{2}CO_{3}$
$x = 2,14$ г или 2,14 %
В условии задачи были лишние данные: масса вещества $B$ и уменьшение массы в результате его прокаливания. Однако их можно использовать для подтверждения, что действительно в результате кипячения раствора вещества $A$ образуется $Na_{2}CO_{3} \cdot 10H_{2}O$. Количество безводного карбоната наггрия равно 2,12 г ($5,72 - 3,6$).
Отношение молей $Na_{2}CO_{3} : H_{2}O = \frac{2,12}{106} : \frac{3,6}{18} = 1 : 10$.