дано:
- масса смеси (гидроксид натрия и карбонат натрия) = 40,0 г
- масса оксида кремния (SiO2) = 40,0 г
- гидроксид натрия (NaOH) и карбонат натрия (Na2CO3) находятся в равных химических количествах
найти:
- массу силиката натрия (Na2SiO3), образовавшегося при прокаливании
решение:
1. Обозначим количество моль гидроксида натрия как n(NaOH) и количество моль карбоната натрия как n(Na2CO3). Поскольку они находятся в равных химических количествах, обозначим их общее количество как n.
2. Молярные массы веществ:
- NaOH: 23,0 (Na) + 16,0 (O) + 1,0 (H) = 40,0 г/моль
- Na2CO3: 2 × 23,0 (Na) + 12,0 (C) + 3 × 16,0 (O) = 106,0 г/моль
- SiO2: 28,0 (Si) + 2 × 16,0 (O) = 32,0 г/моль
- Na2SiO3: 2 × 23,0 (Na) + 28,0 (Si) + 3 × 16,0 (O) = 122,0 г/моль
3. Так как смеси гидроксида натрия и карбоната натрия массой 40,0 г содержат равные количества, мы можем написать два уравнения для массы:
m(NaOH) + m(Na2CO3) = 40,0 г
4. Положим, что x – масса NaOH, тогда масса Na2CO3 будет равна 40,0 г - x.
Теперь найдем количество моль NaOH и Na2CO3:
n(NaOH) = x / 40,0
n(Na2CO3) = (40,0 - x) / 106,0
5. Учитывая, что n(NaOH) = n(Na2CO3), имеем:
x / 40,0 = (40,0 - x) / 106,0
6. Перепишем уравнение:
106x = 40(40,0 - x)
106x = 1600 - 40x
146x = 1600
x ≈ 10,96 г (масса NaOH)
7. Подставим x обратно для расчета массы Na2CO3:
масса Na2CO3 = 40,0 г - 10,96 г ≈ 29,04 г
8. Находим количество моль для каждого вещества:
n(NaOH) = 10,96 г / 40,0 г/моль ≈ 0,274 моль
n(Na2CO3) = 29,04 г / 106,0 г/моль ≈ 0,274 моль
9. Реакция между оксидом кремния и натриевыми соединениями:
SiO2 + 2NaOH → Na2SiO3 + H2O
SiO2 + Na2CO3 → Na2SiO3 + CO2
Оба реакционных уравнения показывают, что на каждый моль SiO2 требуется 2 моля NaOH или 1 моль Na2CO3. Если у нас 0,274 моль NaOH, мы можем использовать только 0,137 моль SiO2. Однако у нас есть 0,274 моль Na2CO3, что позволяет получить 0,137 моль SiO2.
10. В конечном итоге, все NaOH и Na2CO3 реагируют с SiO2 и образуют Na2SiO3. Для разных исходных количеств можно использовать одно уравнение:
0,137 моль SiO2 + 0,274 моль NaOH → 0,137 моль Na2SiO3
11. Рассчитаем массу образовавшегося силиката натрия (Na2SiO3):
масса Na2SiO3 = n(Na2SiO3) × молярная масса Na2SiO3 = 0,137 моль × 122,0 г/моль ≈ 16,74 г
ответ:
масса силиката натрия, образовавшегося при реакции, составляет приблизительно 16,74 г