Question

К 60 г 12 % раствора карбоната натрия добавили 24 г 15% раствора ортофосфорной кислоты. Найдите объем выделивщегося газа.

Answer 1

Чтобы решить эту задачу, давайте разберемся с реакцией между карбонатом натрия (Na2CO3) и ортофосфорной кислотой (H3PO4). Реакция будет следующей:

\[ Na_2CO_3 + H_3PO_4 \rightarrow CO_2 + H_2O + Na_3PO_4 \]

Рассмотрим баланс химического уравнения:

\[ 3Na_2CO_3 + 2H_3PO_4 \rightarrow 3CO_2 + 6H_2O + 2Na_3PO_4 \]

Теперь мы видим, что для каждых двух молекул ортофосфорной кислоты требуется три молекулы карбоната натрия.

1. Рассчитаем количество молекул ортофосфорной кислоты в 24 г 15% раствора. Для этого умножим массу на концентрацию:

\[ 0.15 \times 24 \, \text{г} = 3.6 \, \text{г} \]

Это масса ортофосфорной кислоты.

2. Теперь рассчитаем количество молекул карбоната натрия, используя тот же метод:

\[ 0.12 \times 60 \, \text{г} = 7.2 \, \text{г} \]

Это масса карбоната натрия.

3. Теперь сравним количество молекул обеих веществ и определим, какое из них является ограничивающим реагентом. Сравним их массы относительно молекулярных масс:

- Молекулярная масса \( Na_2CO_3 = 105.99 \, \text{г/моль} \) - Молекулярная масса \( H_3PO_4 = 97.98 \, \text{г/моль} \)

\[ \text{Молекулы} \, Na_2CO_3 = \frac{7.2 \, \text{г}}{105.99 \, \text{г/моль}} \] \[ \text{Молекулы} \, H_3PO_4 = \frac{3.6 \, \text{г}}{97.98 \, \text{г/моль}} \]

Определим, какое из веществ ограничивает реакцию (то, что имеет меньшее количество молекул):

\[ \text{Молекулы} \, Na_2CO_3 : \text{Молекулы} \, H_3PO_4 = \frac{7.2}{105.99} : \frac{3.6}{97.98} \]

Выберем меньшее значение, и у нас получится, что ортофосфорная кислота ограничивает реакцию.

4. Теперь найдем количество молекул CO2, выделившегося в реакции. Согласно уравнению реакции, на каждую молекулу H3PO4 образуется одна молекула CO2.

\[ \text{Молекулы} \, CO_2 = \text{Молекулы} \, H_3PO_4 = \frac{3.6 \, \text{г}}{97.98 \, \text{г/моль}} \]

5. Теперь найдем объем выделившегося газа, используя уравнение состояния идеального газа:

\[ PV = nRT \]

где: - \( P \) - давление (при условиях задачи) - \( V \) - объем газа (искомая величина) - \( n \) - количество молекул газа (молекулы CO2) - \( R \) - универсальная газовая постоянная (постоянная Больцмана) - \( T \) - температура (при условиях задачи)

Примем \( R \approx 0.0821 \, \text{л} \cdot \text{атм} / (\text{моль} \cdot \text{K}) \) (универсальная газовая постоянная в литрах, атмосферах, молях и Кельвинах).

Примем \( T \) в градусах Цельсия и переведем в Кельвины:

\[ T = 273 + \text{температура в градусах Цельсия} \]

Подставим все значения в уравнение:

\[ V = \frac{nRT}{P} \]

и найдем \( V \).

Уточню, что для полного решения задачи нужны значения давления и температуры в условиях задачи. Если они не указаны, их необходимо запросить или использовать стандартные условия (например, \( P = 1 \, \text{атм} \) и \( T = 273 \, \text{K} \)).