Дано: m(Na с прим.)=9,2 г, ω(примесей)=2,5%
Найти: V(H2)-?, n(NaOH)-?
Решение
1-й способ
1. Рассчитываем массовую долю чистого натрия:
ω(Na)=100%-ω(примесей)=100%-2,5%=97,5%
2. Рассчитываем массу чистого натрия:
m(Na)=ω(Na)•m(Na с прим.):100%=97,5%•9,2 г:100%=8,97 г
3. Количество вещества натрия массой 8,97 г вычисляем по формуле: n=m/M, где M ― молярная масса.
Mr(Na)=Ar(Na)=23, поэтому M(Na)=23 г/моль
n(Na)=m(Na)/M(Na)=8,97 г : 23 г/моль=0,39 моль
4. Составим химическое уравнение:
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑
По уравнению реакции n(Na):n(NaOH):n(H2)=2:2:1, то есть с 2 моль натрия образуется 2 моль гидроксида натрия и 1 моль водорода, следовательно, количество вещества гидроксида натрия одинаковое, а количество вещества водорода в 2 раза меньше количества вещества натрия, поэтому:
n(NaOH)=n(Na)=0,39 моль
n(H2)=n(Na):2=0,39 моль:2=0,195 моль
5. Объём водорода количеством вещества 0,195 моль вычисляем по формуле: V=n•VM, где VM ― молярный объём.
V(H2)=n(H2)•VM=0,195 моль • 22,4 л/моль=4,368 л
2-й способ
1. Рассчитываем массу примесей натрия:
m(примесей)=ω(примесей)•m(Na с прим.):100%=2,5%•9,2 г : 100%=0,23 г
2. Рассчитываем массу чистого натрия:
m(Na)=m(Na с прим.) - m(примесей)=9,2 г – 0,23 г=8,97 г
3. Составим химическое уравнение:
8,97 г х моль у л
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑
46 г 2 моль 22,4 л
Над формулами соединений Na, NaOH и H2 записываем вычисленную массу натрия (8,97 г) и неизвестные количество вещества гидроксида натрия и объём водорода (х моль и у л соответственно), а под формулами соединений ― массу и объем соответствующего количества вещества согласно коэффициентам в химическом уравнении. При н.у. 1 моль любого газа при н.у. занимает объем 22,4 л, а 2 моль ― в 2 раза больший объём, то есть 44,8 л.
Mr(Na)=Ar(Na)=23, поэтому M(Na)=23 г/моль, масса 1 моль=23 г, а масса 2 моль=46 г
х=n(NaOH)=8,97 г • 2 моль : 46 г=0,39 моль
у=V(H2)=8,97 г • 22,4 л : 46 г=4,368 л
Ответ: при взаимодействии 9,2 г натрия, содержащего 2,5% примесей, с водой, образуется 4,368 л водорода и 0,39 моль щёлочи (гидроксида натрия).