Дано:
Объем смеси газов (V_initial) = 5,0 дм³
Объем газа после реакции (V_final) = 2,0 дм³
Найти:
Массу образовавшегося карбоната натрия (Na2CO3).
Решение:
1. Определим объем газа, который прореагировал:
V_reacted = V_initial - V_final = 5,0 дм³ - 2,0 дм³ = 3,0 дм³
2. Смесь содержит оксид углерода(II) (CO) и оксид углерода(IV) (CO2). Рассмотрим реакции с гидроксидом натрия:
- CO + NaOH -> NaHCO3 (натрий bicarbonate)
- CO2 + NaOH -> Na2CO3 + H2O
3. Обозначим количество вещества CO как n_CO, а количество CO2 как n_CO2. В результате реакции образуется:
- n_NaHCO3 из CO
- n_Na2CO3 из CO2
4. Теперь составим уравнение для объемов. Предположим, что объемы газов пропорциональны количеству вещества:
n_total = n_CO + n_CO2 = V_initial / Vm (где Vm = 22,4 л/моль при н. у.).
Таким образом, общее количество вещества до реакции:
n_total = 5,0 дм³ / 22,4 л/моль ≈ 0,223 моль.
5. После реакции осталось 2,0 дм³, значит:
n_left = V_final / Vm = 2,0 дм³ / 22,4 л/моль ≈ 0,089 моль.
6. Общее количество реагировавших газов:
n_reacted = n_total - n_left ≈ 0,223 моль - 0,089 моль ≈ 0,134 моль.
7. Разделим объем реагировавших газов на количество образовавшихся продуктов:
- Пусть x - это объем CO, тогда (3,0 - x) - это объем CO2.
С учетом стехиометрии реакций получаем:
x + 2*(3,0 - x) = 3,0 моль (из CO и CO2 образуются соответственно NaHCO3 и Na2CO3).
8. Отсюда определим, что конечные продукты NaHCO3 и Na2CO3 можно найти через реакции:
Для NaHCO3: n_CO = V_CO / Vm = x / 22,4
Для Na2CO3: n_CO2 = V_CO2 / Vm = (3,0 - x) / 22,4
9. На основании стехиометрии, мы знаем, что:
m(Na2CO3) = n_Na2CO3 * M(Na2CO3), где M(Na2CO3) = 105,99 г/моль.
Количество Na2CO3 будет равно количеству CO2, так как каждый моль CO2 дает 1 моль Na2CO3.
10. Объем CO2 = (3,0 - x), и так как CO = x, можем выразить массу через количество реагировавшего CO2:
0,134 моль = x + 2*(3,0 - x) → x = 0,134 моль;
n_Na2CO3 = 0,134 моль.
11. Подставляем в формулу для массы:
m(Na2CO3) = 0,134 моль * 105,99 г/моль ≈ 14,19 г.
Ответ:
Масса образовавшегося карбоната натрия составляет примерно 14,19 г.