В результате электролиза 150 г раствора хлорида натрия с массовой долей соли 7,8% на электродах выделилось 11,2л (н.у.) газов и образовался раствор с плотностью 1,1 г/мл. Какой максимальный объём оксида углерода (4) при нормальных условиях прореагирует с 10 мл полученного раствора?
1. Начнем с определения количества вещества натрия (Na) в растворе хлорида натрия, зная молекулярную массу натрия (22,99 г/моль) и массовую долю соли (7,8%).
Масса раствора хлорида натрия: 150 г
Массовая доля соли: 7,8%
Масса натрия в растворе: 150 г * 7,8% = 11,7 г
Количество вещества натрия: 11,7 г / 22,99 г/моль ≈ 0,51 моль
2. Далее, согласно закону электролиза Фарадея, для электролиза вещества требуется перенос определенного количества электричества, которое прямо пропорционально количеству проходящих через электролит зарядов.
Количество электричества можно определить с помощью формулы: Q = I * t,
где Q - количество электричества (заряд), I - сила тока, t - время.
В данной задаче нам известен объем газа, выделившегося на электродах, и время электролиза неизвестно.
Поскольку время электролиза неизвестно, оставим его общим неизвестным числом t, чтобы привести значения к общему виду.
3. Запишем уравнение электролиза хлорида натрия:
2NaCl + 2H2O -> 2NaOH + H2↑ + Cl2↑
Из уравнения видно, что при прохождении электрического тока через раствор хлорида натрия на катоде выделяется водород (H2), а на аноде - хлор (Cl2).
Таким образом, выделилось 11,2 л газов - 2 моль H2 и 1 моль Cl2.
4. Далее, мы видим, что водород (H2) не вступает в реакцию с раствором хлорида натрия, поэтому для определения количества газа, который прореагирует с раствором, мы сосредоточимся только на хлоре (Cl2).
Для определения максимального объема оксида углерода (CO2), который прореагирует с раствором, нам необходимо оценить соотношение между объемами хлора (Cl2) и оксида углерода (CO2), принимая во внимание химический состав исходных веществ и продуктов реакции.
5. Согласно уравнению реакции сгорания оксида углерода (CO2),
CO2 + 2NaOH -> Na2CO3 + H2O,
видно, что на 1 моль CO2 требуется 2 моля NaOH.
6. Далее, определим количество вещества NaOH в полученном растворе, исходя из плотности раствора и его объема.
Поскольку плотность раствора равна 1,1 г/мл, а известен объем раствора 10 мл, то масса раствора будет равна:
10 мл * 1,1 г/мл = 11 г.
Затем определяем количество вещества NaOH:
масса NaOH = масса раствора - масса Na = 11 г - 11,7 г ≈ -0,7 г (так как масса Na > масса раствора)
моль NaOH = -0,7 г / 40 г/моль ≈ -0,0175 моль (единица измерения отрицательная, так как масса Na > масса раствора).
7. Очевидно, что максимальный объем оксида углерода, который может реагировать с раствором NaOH, равен стехиометрическому объему.
Исходя из уравнения реакции сгорания оксида углерода (CO2), на 2 моля NaOH требуется 1 моль CO2.
Следовательно, на 0,0175 моль NaOH требуется 0,00875 моль CO2.
8. Чтобы определить максимальный объем CO2 при нормальных условиях, мы должны использовать пропорцию между объемами газов и количеством веществ:
1 моль газа занимает 22,4 л при нормальных условиях.
Тогда 0,00875 моль CO2 займут:
V CO2 = 0,00875 моль * 22,4 л/моль = 0,196 л = 196 мл.
Таким образом, максимальный объем оксида углерода (CO2), который может реагировать с 10 мл раствора хлорида натрия, составляет 196 мл (при нормальных условиях).