Все продукты реакции остаются в полученном растворе

Как отмечено с. 8, в этих случаях масса полученного раствора равна сумме масс исходных компонентов(веществ или растворов) ине зависит от того, что и в каком количестве получается из них в результате химической реакции.

Наиболее распространенной задачей этого типа является расчет концентрации веществ в растворе, полученном при сливании растворов кислоты и щелочи (образование нового раствора сопровождается реакцией нейтрализации):

H₂SO₄ + 2KOH = K₂SO₄ + 2H₂O

При этом возможны три варианта состава полученного раствора:

а) если кислота и щелочь взяты в эквивалентных количествах, то в полученном растворе будет только соль;

б) если в избытке взята кислота, то полученный раствор, содержит соль и остаток кислоты;

в) если в избытке взята щелочь, то полученный раствор содержит соль и остаток щелочи.

Варианты (б) и (в) рассчитываются однотипно: сначала определяют реагент, взятый в недостатке, а затем по его количеству рассчитывают (с помощью уравнения реакции) количество образовавшейся соли и количество оставшегося в избытке реагента.

Пример 1. Рассчитать состав и w(X) в растворе, полученном при сливании 200 г раствора w(KOH) = 0,15 и 150 г раствора w(H₂SO₄) = 0,3

Решение: H₂SO₄ + 2KOH = K₂SO₄ + 2H₂O

Обозначим: m₁ – масса исходного раствора KOH;

m₂ – масса исходного раствора H₂SO₄;

m₃ – масса полученного раствора.

Для определения состава раствора:

а) определим массу кислоты и щелочи в исходных растворах

m(KOH) = w(KOH) × m₁ = 0,15 × 200 = 30 г

m(H₂SO₄) = w(H₂SO₄) × m₂ = 0,3 × 150 = 45 г

б) определим количество кислоты и щелочи в исходных растворах:

n(KOH) = 30/56 = 0,54 моль

n(H₂SO₄) = 45 /98 = 0,46 моль

в) определим, какой реагент в недостатке:

Из уравнения реакции видно, что на 1 моль кислоты расходуется 2 моль щелочи; тогда на 0,46 моль H₂SO₄ требуется 0,92 моль KOH, а прилили только 0,54 моль. Следовательно, в недостатке щелочь, поэтому она прореагирует полностью, и материальный баланс считаем далее по ее количеству;

в) из уравнения реакции видно, что количество прореагировавшей кислоты равно количеству образовавшейся соли и вдвое меньше количества прореагировавшей щелочи.

Тогда состав полученного раствора: n(K₂SO₄) = 0,27 моль,

n(H₂SO₄) = 0,92 – 0,27 = 0,65 моль

г) рассчитаем w(K₂SO₄) и w(H₂SO₄): w(X) = m(X)/m_р–ра

т.к. все реагенты остались в растворе, то масса полученного раствора

m₃= m₁ + m₂ = 200 + 150 = 350 г.

тогда w(H₂SO₄) = n(H₂SO₄) × M(H₂SO₄)/ m₃ = 0,65 × 98/350= 0,182 (18,2%);

w(K₂SO₄) = n(K₂SO₄) × M(K₂SO₄)/ m₃ = 0,27 × 208/(150 + 200) = 0,16 (16%);

Ответ: w(H₂SO₄) = 0,182; w(K₂SO₄) = 0,16

Пример 2. Рассчитать объем раствора серной кислоты w(H₂SO₄) = 0,25 плотностью 1,2 г/мл, который необходимо добавить к 200 мл щелочи w₁(KOH) = 0,2 плотностью 1,1 г/мл для уменьшения концентрации щелочи до w₂(KOH) = 0,15

Решение: Уравнение реакции 2KOH + H₂SO₄ = K₂SO₄ + 2H₂O

Обозначим: m₁ – масса исходного раствора KOH;

m₂ – масса KOH в исходном растворе;

m₃ – масса добавленного раствора H₂SO₄;

m₄ – масса H₂SO₄ в добавленном растворе;

m₅ – масса KOH, вступившего в реакцию.

Преобразуем расчетное уравнение под условие задачи:

w₂(KOH) = m(KOH)/m_р–ра = (m₂ – m₅)/(m₁ + m₃) = 0,15

Очевидно, что решение задачи сводится к тому, чтобы из полученного уравнения рассчитать массу раствора серной кислоты (m₃), а затем и его объем.

1) Рассчитаем массу исходного раствора щелочи (m₁) и массу KOH в нем (m₂):

m₁ = V_р–ра × ρ_р–ра = 200 × 1,1 = 220 г;

из w(KOH) = m(KOH)/m_р–_ра = m₂/m₁ = 0,2 получим

m₂ = 0,2 × m₁ = 0,2 × 220 = 44 г

2) С учетом уравнения реакции выразим массу KOH, вступившего в реакцию (m₅), через массу добавленного раствора кислоты (m₃), для этого:

а) с помощью уравнения реакции выразим количество прореагировавшей щелочи через количество добавленной кислоты: n(KOH) = 2n(H₂SO₄);

б) выразим количество H₂SO₄ через ее массу:

n(H₂SO₄) = m(H₂SO₄)/M(H₂SO₄) = m₄/98;

в) выразим массу серной кислоты через массу ее раствора (m₃):

из w(H₂SO₄) = m(H₂SO₄)/m_р–_ра = m₄/m₃ = 0,25 получим m₄ = 0,25 × m₃;

г) с учетом (б) и (в) получим: n(H₂SO₄) = 0,25 × m₃/98 = 0,00255m₃;

д) с учетом (а) и (г) получим: n(KOH) = 2n(H₂SO₄) = 0,0051m₃;

е) выразив в последнем уравнении n(KOH) через его массу (m ₅), получим:

n(KOH) = m(KOH)/M(KOH) = m₅/56 = 0,0051m₃, откуда

m₅ = 56 × 0,0051 m₃ = 0,286 m₃

ж) подставив результаты, полученные в (1) и выражение m₅ в исходное расчетное уравнение, получим: w₂(KOH) = (44 – 0,286m₃)/(220 + m₃) = 0,15;

откуда m₃ = 25,3 г; тогда объем раствора кислоты V = 25,3/1,2 = 21 мл

Ответ: 21 мл

Пример 3. Рассчитать w(H₂SO₃) в растворе, полученном при растворении 15л

SO₂ в 1л воды (превращение ангидрида в кислоту считать полным).

Решение: Напишем схему превращения: SO₂ + H₂O ® H₂SO₃

w(H₂SO₃) = m(H₂SO₃)/m_р–ра = m(H₂SO₃)/[m(H₂O) + m(SO₂)]

а) рассчитаем m(SO₂) = n(SO₂) × M(SO₂) = V(SO₂) × M(SO₂)/V_M =

= 15 × 64/22,4 = 42,86 г

б) рассчитаем m(H₂SO₃) с учетом того, что n(H₂SO₃) = n(SO₂):

m(H₂SO₃) = n(H₂SO₃) × M(H₂SO₃) = n(SO₂) × M(H₂SO₃) = 15 × 82/22,4 = 54,91 г

в) w(H₂SO₃) = m(H₂SO₃)/[m(H₂O) + m(SO₂)] = 54,91/(1000 + 42,86) = 0,053

Ответ: w(H₂SO₃) = 0,053

Дата добавления: 2015-10-31