Дано:
1. Исходные вещества: хлорид натрия (NaCl) и карбонат кальция (CaCO3).
2. Реакция с концентрированной серной кислотой (H2SO4) приводит к образованию газов: хлороводорода (HCl) и углекислого газа (CO2).
3. Газы растворяют в растворе гидроксида калия (KOH), образуя три соли: хлорид калия (KCl), карбонат калия (K2CO3) и сульфат кальция (CaSO4).
4. В результате образуется раствор, содержащий три соли с равными массовыми долями.
Найти:
1. Массовые доли NaCl и CaCO3 в исходной смеси.
Решение:
1. Запишем уравнения реакций:
- Реакция NaCl с H2SO4:
NaCl + H2SO4 → NaHSO4 + HCl↑
- Реакция CaCO3 с H2SO4:
CaCO3 + H2SO4 → CaSO4 + CO2↑ + H2O
2. Определим количество образовавшихся веществ:
Из NaCl и CaCO3 образуются газы (HCl и CO2), которые затем реагируют с KOH:
- HCl + KOH → KCl + H2O
- CO2 + 2KOH → K2CO3 + H2O
3. Обозначим массы исходных веществ:
- m(NaCl) = x
- m(CaCO3) = y
Общая масса смеси:
m(смеси) = x + y.
4. В результате реакции образуются соли:
- KCl из HCl (все HCl будет превращен в KCl),
- K2CO3 из CO2 (для полного превращения требуется 2 моль KOH на 1 моль CO2).
5. Соотношение массовых долей:
Обозначим массу каждой соли как m1, m2 и m3. Так как массовые доли равны, то:
m1 = m2 = m3.
6. Можно выразить массу каждой соли через массы исходных веществ:
Для KCl:
m(KCl) = m(NaCl) = x.
Для K2CO3:
m(K2CO3) = 2 * (m(CaCO3)) = 2y.
Для CaSO4:
m(CaSO4) = m(CaCO3) = y.
7. Условие равенства массовых долей:
x = 2y = y.
8. Таким образом, у нас есть система уравнений:
1) x + y = m(смеси).
2) x = 2y.
9. Решим систему уравнений:
Подставим x = 2y в первое уравнение:
2y + y = m(смеси)
3y = m(смеси)
y = m(смеси) / 3.
Подставим значение y обратно:
x = 2(m(смеси) / 3) = 2m(смеси) / 3.
10. Теперь найдем массовые доли:
w(NaCl) = m(NaCl) / m(смеси) = x / (x + y) = (2m(смеси) / 3) / m(смеси) = 2/3.
w(CaCO3) = m(CaCO3) / m(смеси) = y / (x + y) = (m(смеси) / 3) / m(смеси) = 1/3.
Ответ:
Массовые доли веществ в исходной смеси:
- w(NaCl) = 2/3 (около 66,67%);
- w(CaCO3) = 1/3 (около 33,33%).