ЕГЭ-2021 | Химия | Решение 4809 | В смеси оксида и пероксида натрия соотношение числа, атомов кислорода к числу атомов натрия равно 2 : 3. Данную смесь нагрели в избытке углекислого газа. Полученное вещество растворили в воде и пол...

Дисциплина: Химия
Номер вопроса в билете: 34
Баллы: 4
Сложность: Высокий

В смеси оксида и пероксида натрия соотношение числа, атомов кислорода к числу атомов натрия равно 2 : 3. Данную смесь нагрели в избытке углекислого газа. Полученное вещество растворили в воде и получили 600 г раствора. К этому раствору добавили 229,6 г раствора бромида железа(III). После завершения реакции масса раствора составила 795 г, а массовая доля карбоната натрия в нём составляла 4 %. Вычислите массу исходной смеси оксида и пероксида натрия.

В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).

Данную задачу проверяют не автоматически, а вручную. Ознакомьтесь с критериями оценки, правильным решением и сами себе поставьте оценку от 0 до 4 баллов. Даже если вы ошиблись в цифровом ответе, можно получить несколько баллов за правильный ход решения. Форма для оценки находится внизу страницы.

Критерии оценки вопроса

Содержание верного ответа и указания по оцениванию	Баллы
Ответ правильный и полный, содержит следующие элементы: • правильно записаны уравнения реакций, соответствующих условию задания; • правильно произведены вычисления, в которых используются необходимые физические величины, заданные в условии задания; • продемонстрирована логически обоснованная взаимосвязь физических величин, на основании которых проводятся расчёты; • в соответствии с условием задания определена искомая физическая величина (концентрация раствора)	4
Правильно записаны три элемента ответа	3
Правильно записаны два элемента ответа	2
Правильно записан один элемент ответа	1
Все элементы ответа записаны неверно	0
Максимальный балл	4

Подробное решение

Запишем уравнения реакций:

$\ce{Na2O + CO2 = Na2CO3}$

$\ce{2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2 ^}$

$\ce{3Na2CO3 + 2FeBr3 + 3H2O = 6NaBr + 2Fe(OH)3 v + 3CO2 ^}$

1) Рассмотрим 3 реакцию. Реагирует раствор Na₂CO₃ и FeBr₃ Рассчитаем изменение массы раствора:

m(изм.) = 600 + 229,6 − 795 = 34,6(г)

В этих задачах всегда считается, что масса раствора уменьшается и на массу выделявшегося газа, и на массу выпавшего соседка.
Таки образом 34,6(г) - это гидроксид железа(II) и углекислый газ.

Пусть у нас x моль Na₂CO₃ прореагировало - тогда выделилось x моль CO₂

(2/3)x моль FeBr₃ тоже прореагировало, и образуется (2/3)x моль Fe(OH)₃

Как мы уже говорили, массы выпавшего осадка Fe(OH)₃и выделившегося газа CO₂ составляют то изменение массы раствора:

34,6 = (2/3)x *M(Fe(OH)₃) + x*M(CO₂)

M(CO₂) = 44 г/моль
M(Fe(OH)₃) = 107 г/моль

34,6 = (2/3)x *107 + 44*x

34,6 = 71,3*x + 44*x

34,6 = 115,3*x

x= 34,6/115,3 = 0,3000 моль.

Na₂CO₃ прореагировалов растворе 0,3 моль

2) Но ведь часть вещества не прореагировала и осталась в растворе. Найдём оставшуюся массу карбоната натрия (4%) и количество вещества:

m(ост.) Na₂CO₃ = 795 * (4%/100%) = 31,8 (г)

M(Na₂CO₃) =106 г/моль

n (ост.) Na₂CO₃ = 31,8 / 106 = 0,3 (моль)

3) Вычислим общее количество вещества для Na₂CO₃

n (общ) Na₂CO₃ = n(прореагировало) + n(осталось) = 0,3 + 0,3 = 0,6 (моль)

4) 1 моль Na₂O - дает 1 моль Na₂CO₃

1 моль Na₂O₂ - тоже дает 1 моль Na₂CO₃

То есть для получения 0,6 моль Na₂CO₃ нам нужно 0,6 моль смеси Na₂O и Na₂O₂ причем пропорция может быть абсолютно любой. Однако, у нас есть одно существенно уточнение. В смеси оксида и пероксида натрия соотношение числа, атомов кислорода к числу атомов натрия равно 2 : 3.

Пусть X доля Na₂O это дает 2X моль атомов Na и X моль атомов O
Тогда Y доля Na₂O₂ это дает 2*Y атомов Na и 2*Y атомов O

Записываем систему уравнений

$\begin{cases} x+ y = 1 \\ \\ \displaystyle{ \frac{2x + 2y}{x + 2y}= \frac{3}{2} } \end{cases}$

заменим y на (1-x)

$\displaystyle{ \frac{2x + 2(1-x)}{x + 2(1-x)}= \frac{3}{2} }$

$\displaystyle{ \frac{2x + 2- 2x}{x + 2-2x}= \frac{3}{2} }$

$\displaystyle{ \frac{ 2 }{2 -x}= \frac{3}{2} }$
3*(2 − x) = 4
6 − 3x = 4

-3x = -2

x = 2/3 доля Na₂O или 0,6 моль * (2/3) = 0,4 моль

тогда Na₂O₂ 0,2 моль (либо 0,6*(1/3)=0,2 моль, либо 0,6 - 0,4 = 0,2 моль)

m(Na₂O) = 0,4(моль) * 62(г/моль) = 24,8 г

m(Na₂O₂) = 0,2(моль) * 78(г/моль) = 15,6 г

Масса смеси оксида и пероксида натрия:

m(смеси) = 15,6 +24,8 = 40,4 (г)

Оцените своё решение

0 1 2 3 4

Подробное решение
Запишем уравнения реакций:
$\ce{Na2O + CO2 = Na2CO3}$
$\ce{2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2 ^}$
$\ce{3Na2CO3 + 2FeBr3 + 3H2O = 6NaBr + 2Fe(OH)3 v + 3CO2 ^}$
1) Рассмотрим 3 реакцию. Реагирует раствор Na₂CO₃ и FeBr₃ Рассчитаем изменение массы раствора:
m(изм.) = 600 + 229,6 − 795 = 34,6(г)
В этих задачах всегда считается, что масса раствора уменьшается и на массу выделявшегося газа, и на массу выпавшего соседка.
Таки образом 34,6(г) - это гидроксид железа(II) и углекислый газ.
Пусть у нас x моль Na₂CO₃ прореагировало - тогда выделилось x моль CO₂
(2/3)x моль FeBr₃ тоже прореагировало, и образуется (2/3)x моль Fe(OH)₃
Как мы уже говорили, массы выпавшего осадка Fe(OH)₃и выделившегося газа CO₂ составляют то изменение массы раствора:
34,6 = (2/3)x *M(Fe(OH)₃) + x*M(CO₂)
M(CO₂) = 44 г/моль
M(Fe(OH)₃) = 107 г/моль
34,6 = (2/3)x *107 + 44*x
34,6 = 71,3*x + 44*x
34,6 = 115,3*x
x= 34,6/115,3 = 0,3000 моль.
Na₂CO₃ прореагировалов растворе 0,3 моль
2) Но ведь часть вещества не прореагировала и осталась в растворе. Найдём оставшуюся массу карбоната натрия (4%) и количество вещества:
m(ост.) Na₂CO₃ = 795 * (4%/100%) = 31,8 (г)
M(Na₂CO₃) =106 г/моль
n (ост.) Na₂CO₃ = 31,8 / 106 = 0,3 (моль)
3) Вычислим общее количество вещества для Na₂CO₃
n (общ) Na₂CO₃ = n(прореагировало) + n(осталось) = 0,3 + 0,3 = 0,6 (моль)
4) 1 моль Na₂O - дает 1 моль Na₂CO₃
1 моль Na₂O₂ - тоже дает 1 моль Na₂CO₃
То есть для получения 0,6 моль Na₂CO₃ нам нужно 0,6 моль смеси Na₂O и Na₂O₂ причем пропорция может быть абсолютно любой. Однако, у нас есть одно существенно уточнение. В смеси оксида и пероксида натрия соотношение числа, атомов кислорода к числу атомов натрия равно 2 : 3.

Пусть X доля Na₂O это дает 2X моль атомов Na и X моль атомов O
Тогда Y доля Na₂O₂ это дает 2*Y атомов Na и 2*Y атомов O
Записываем систему уравнений
$\begin{cases} x+ y = 1 \\ \\ \displaystyle{ \frac{2x + 2y}{x + 2y}= \frac{3}{2} } \end{cases}$
заменим y на (1-x)
$\displaystyle{ \frac{2x + 2(1-x)}{x + 2(1-x)}= \frac{3}{2} }$
$\displaystyle{ \frac{2x + 2- 2x}{x + 2-2x}= \frac{3}{2} }$
$\displaystyle{ \frac{ 2 }{2 -x}= \frac{3}{2} }$
3*(2 − x) = 4
6 − 3x = 4
-3x = -2
x = 2/3 доля Na₂O или 0,6 моль * (2/3) = 0,4 моль
тогда Na₂O₂ 0,2 моль (либо 0,6*(1/3)=0,2 моль, либо 0,6 - 0,4 = 0,2 моль)
m(Na₂O) = 0,4(моль) * 62(г/моль) = 24,8 г
m(Na₂O₂) = 0,2(моль) * 78(г/моль) = 15,6 г
Масса смеси оксида и пероксида натрия:
m(смеси) = 15,6 +24,8 = 40,4 (г)

Сайт помог тебе решить задачу?
Помоги нам - задонать!

Войти в свой аккаунт
Химия
Биология
Русский язык
Математика базовая
Математика профильная