Дано:
- Масса 5,5%-го раствора гидроксида бария m(раствор Ba(OH)2) = 270 г
- Массовая доля гидроксида бария в растворе w(Ba(OH)2) = 5,5% = 0,055
- Масса кристаллогидрата Ba(OH)2·8H2O m(Ba(OH)2·8H2O) = 30 г
- Молекулярная масса гидроксида бария Ba(OH)2: M(Ba(OH)2) = 137,33 г/моль
- Молекулярная масса кристаллогидрата Ba(OH)2·8H2O: M(Ba(OH)2·8H2O) = 137,33 г/моль + 8 × 18 г/моль = 137,33 г/моль + 144 г/моль = 281,33 г/моль
- Молекулярная масса углекислого газа CO2: M(CO2) = 44 г/моль
Найти:
1. Массовые доли веществ в получившемся растворе (Ba(OH)2, вода, Ba(OH)2·8H2O).
2. Количество углекислого газа, которое может быть поглощено раствором.
Решение:
1. Массовые доли веществ в получившемся растворе:
Сначала найдем массу Ba(OH)2, которая содержится в 270 г 5,5%-го раствора.
m(Ba(OH)2 в растворе) = w(Ba(OH)2) × m(раствор)
m(Ba(OH)2 в растворе) = 0,055 × 270 г = 14,85 г
Теперь найдем, сколько вещества Ba(OH)2 содержится в 30 г кристаллогидрата Ba(OH)2·8H2O. Для этого нужно рассчитать массу гидроксида бария, который выходит из этого кристаллогидрата.
n(Ba(OH)2·8H2O) = m(Ba(OH)2·8H2O) / M(Ba(OH)2·8H2O)
n(Ba(OH)2·8H2O) = 30 г / 281,33 г/моль ≈ 0,1067 моль
Теперь находим массу Ba(OH)2 в этом кристаллогидрате, учитывая, что 1 моль Ba(OH)2·8H2O содержит 1 моль Ba(OH)2:
m(Ba(OH)2 из кристаллогидрата) = n(Ba(OH)2·8H2O) × M(Ba(OH)2)
m(Ba(OH)2 из кристаллогидрата) = 0,1067 моль × 137,33 г/моль ≈ 14,64 г
Теперь общая масса Ba(OH)2 в растворе:
m(всего Ba(OH)2) = m(Ba(OH)2 в растворе) + m(Ba(OH)2 из кристаллогидрата)
m(всего Ba(OH)2) = 14,85 г + 14,64 г ≈ 29,49 г
Теперь вычислим массу воды в получившемся растворе. Из 270 г 5,5%-го раствора гидроксида бария в исходном растворе на долю воды приходится:
m(вода в растворе) = m(раствор) - m(Ba(OH)2 в растворе)
m(вода в растворе) = 270 г - 14,85 г = 255,15 г
Масса воды, которая пришла из кристаллогидрата Ba(OH)2·8H2O:
m(вода из кристаллогидрата) = m(Ba(OH)2·8H2O) - m(Ba(OH)2 из кристаллогидрата)
m(вода из кристаллогидрата) = 30 г - 14,64 г = 15,36 г
Общая масса воды в растворе:
m(всего воды) = m(вода в растворе) + m(вода из кристаллогидрата)
m(всего воды) = 255,15 г + 15,36 г = 270,51 г
Теперь находим общую массу раствора, учитывая массу всех компонентов:
m(общий раствор) = m(всего Ba(OH)2) + m(всего воды)
m(общий раствор) = 29,49 г + 270,51 г = 300 г
Теперь можем рассчитать массовую долю Ba(OH)2 и воды в получившемся растворе:
w(Ba(OH)2) = m(всего Ba(OH)2) / m(общий раствор)
w(Ba(OH)2) = 29,49 г / 300 г ≈ 0,0983 = 9,83%
w(вода) = m(всего воды) / m(общий раствор)
w(вода) = 270,51 г / 300 г ≈ 0,9017 = 90,17%
2. Количество углекислого газа, которое может быть поглощено раствором:
Гидроксид бария реагирует с углекислым газом по реакции:
Ba(OH)2 + CO2 → BaCO3 + H2O
Из уравнения видно, что 1 моль Ba(OH)2 реагирует с 1 моль CO2.
Теперь находим количество вещества Ba(OH)2, которое есть в растворе:
n(Ba(OH)2) = m(всего Ba(OH)2) / M(Ba(OH)2)
n(Ba(OH)2) = 29,49 г / 137,33 г/моль ≈ 0,215 моль
Следовательно, количество углекислого газа, которое может быть поглощено раствором, также равно 0,215 моль.
Теперь находим массу углекислого газа, который может быть поглощен:
m(CO2) = n(CO2) × M(CO2)
m(CO2) = 0,215 моль × 44 г/моль ≈ 9,46 г
Молекулярный объём углекислого газа при нормальных условиях (температура 0°C, давление 1 атм) равен 22,4 л/моль. Тогда объём углекислого газа, который может быть поглощён, равен:
V(CO2) = n(CO2) × 22,4 л/моль
V(CO2) = 0,215 моль × 22,4 л/моль ≈ 4,82 л
Ответ:
1. Массовая доля Ba(OH)2 в растворе = 9,83%, массовая доля воды = 90,17%.
2. Максимально поглощаемый объём углекислого газа = 4,82 л.