При сплавлении 12 г кремнезема с эквимолярным количеством карбоната калия получили твердый и газообразный продукты. Образовавшийся газ пропустили через 100 мл раствора гидроксида натрия с массовой долей растворенного вещества 10 % (ρ = 1,11 г/см 3). Рассчитайте массу твердого продукта после сплавления. Какие вещества присутствуют в растворе, через который пропустили газ? Вычислите количества веществ в растворе. Определите массу твердого остатка, который можно получить, если упомянутый раствор сначала прокипятить, а потом осторожно упарить досуха.

Реакция сплавления кремнезема (диоксида кремния) с карбонатом калия:

SiO₂ + K₂CO₃ = K₂SiO₃ + CO₂↑

M (SiO₂) = 60 г/моль

Рассчитаем количество вещества выделившегося углекислого газа.

Согласно уравнению реакции 1 моль (60 г) SiO₂ вытесняет 1 моль CO₂.

Тогда 12 г SiO₂ вытесняют х моль CO₂:

SiO₂ + K₂CO₃ = K₂SiO₃ + CO₂↑

60 г 1 моль

12 г х моль

х = 12*1/60 = 0,2 моль

Рассчитаем количество вещества NaOH.

M (NaOH) = 40 г/моль.

Массовая доля w (NaOH) = 10% = 0,1.

Плотность раствора d = 1,11 г/мл.

Объем раствора V = 100 мл.

Масса раствора m = Vd = 100 мл * 1,11 г/мл = 111 г.

Масса m (NaOH) равна w (NaOH) * m = 0.1 * 111 г = 11,1 г.

Количество вещества n (NaOH) равно m (NaOH) / M (NaOH) =

= 11,1 г / 40 г/моль = 0,2775 моль

Углекислый газ реагирует с щелочью с образованием гидрокарбоната:

CO₂ + NaOH = NaHCO₃

Согласно уравнению, на 1 моль CO₂ должно приходиться 1 моль NaOH.

Соответственно, на 0,2 моль CO₂ - 0,2 моль NaOH.

Фактически, количество вещества NaOH - 0,2775 моль.

Значит, NaOH - в избытке. Расчеты ведем по CO₂.

CO₂ + NaOH = NaHCO₃ + [ NaOH избыток ]

0,2 моль 0,2775 моль 0,2 моль 0,0775 моль

0,2 моль CO₂ образуют 0,2 моль NaHCO₃. На это расходуются 0,2 моль NaOH. Остается избыток NaOH, он составляет 0,0775 моль.

Этот избыток NaOH реагирует с образовавшимся гидрокарбонатом натрия NaHCO₃ с образованием карбоната натрия Na₂CO₃:

NaOH + NaHCO₃ = Na₂CO₃ + H₂O

Согласно уравнению, 1 моль NaOH реагирует с 1 моль NaHCO₃ с образованием 1 моль Na₂CO₃

NaOH + NaHCO₃ = Na₂CO₃ + H₂O

0,0775 моль 0,0775 моль 0,0775 моль

Значит, количество вещества NaHCO₃ уменьшилось на 0,0775 моль и составляет 0,2 - 0,0775 = 0,1225 моль.

n (NaHCO₃) = 0,1225 моль.

Количество вещества образовавшегося Na₂CO₃ составляет 0,0775 моль.

n (Na₂CO₃) = 0,0775 моль

При упаривании раствора гидрокарбонат натрия разлагается с образованием карбоната натрия и выделением углекислого газа:

2 NaHCO₃ = Na₂CO₃ + CO₂↑ + H₂O

Согласно уравнению реакции из 2 моль NaHCO₃ образуется 1 моль Na₂CO₃

А из 0,1225 моль NaHCO₃ - х моль Na₂CO₃

2 NaHCO₃ = Na₂CO₃ + CO₂↑ + H₂O

2 моль 1 моль

0,1225 моль х моль

х = 0,1225*1/2 = 0,06125 моль - дополнительно образовалось Na₂CO₃

Всего же карбоната натрия Na₂CO₃ стало 0,0775 + 0,06125 = 0,13875 моль.

n (Na₂CO₃) = 0,13875 моль.

M (Na₂CO₃) = 106 г/моль.

Масса m (Na₂CO₃) = n (Na₂CO₃) * M (Na₂CO₃) = 0,13875 моль * 106 г/моль =

= 14,7075 г ≈ 14,7 г.

Карбонат натрия выделяется в виде кристаллогидратов:

до 32°С - Na₂CO₃*10 H₂O,

от 32 до 35°С - Na₂CO₃ * 7 H₂O,

выше 35°С - Na₂CO₃ * H₂O.

При 100 ... 120 °С окончательно теряет воду и превращается в Na₂CO₃.

Поэтому при расчетах предполагается, что после упаривания осадок карбоната натрия в виде чистой соли, а не в виде кристаллогидрата.

Ответ: 14,7 г