Вопрос по химии:

Растворимость безводного карбоната натрия при некоторой температуре составляет 31,8 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили насыщенный раствор, добавив необходимое количество карбоната натрия к 400 мл воды. Раствор разлили в две колбы. К раствору в первой колбе добавили избыток раствора сульфата железа(III). К раствору во второй колбе добавили 300 г раствора азотной кислоты, также взятой в избытке. При этом, объём газа, выделившийся из второй колбы, оказался в 2 раза больше объёма газа, выделившегося из первой колбы. (Объёмы газов измерены при одинаковых условиях). Определите массовую долю нитрата натрия в конечном растворе во второй колбе

1. Найдем количество безводного карбоната натрия, необходимое для приготовления насыщенного раствора:

31,8 г на 100 г воды означает, что на 1 г воды приходится 0,318 г карбоната натрия. Тогда масса карбоната натрия, необходимая для приготовления 400 мл насыщенного раствора, будет:

m = 0,318 г/г 400 г = 127,2 г

2. Реакция между карбонатом натрия и сульфатом железа(III) приводит к образованию карбоната железа(III), нитрата натрия и углекислого газа:

Na2CO3 + Fe2(SO4)3 → Fe2(CO3)3↓ + Na2SO4 + 3CO2↑

Образовавшийся газ измерен при одинаковых условиях объема и температуры, значит, можно сказать, что количество выделившегося газа пропорционально количеству образовавшегося углекислого газа. По условию объем газа, выделившегося из второй колбы, в два раза больше объема газа, выделившегося из первой колбы. Значит, количество нитрата натрия в растворе во второй колбе в 2 раза больше, чем в первой колбе.

3. Реакция между карбонатом натрия и азотной кислотой приводит к образованию нитрата натрия, углекислого газа и воды:

Na2CO3 + 2HNO3 → 2NaNO3 + CO2↑ + H2O

При этом объем газа, выделившийся, в 2 раза больше объема газа из первой колбы. Это значит, что количество углекислого газа в реакции с сульфатом железа(III) в первой колбе и количество углекислого газа в реакции с азотной кислотой во второй колбе одинаковы, а значит, количество нитрата натрия во второй колбе в 2 раза больше, чем в первой колбе.

4. Пусть x граммов карбоната натрия растворено в 400 мл воды. Тогда количество нитрата натрия в растворе во второй колбе будет 2x граммов.

5. Найдем количество азотной кислоты, необходимое для реакции с карбонатом натрия:

2HNO3 + Na2CO3 → 2NaNO3 + CO2↑ + H2O

Молярная масса Na2CO3 = 106 г/моль, молярная масса HNO3 = 63 г/моль. Тогда количество HNO3, необходимое для реакции с x граммами Na2CO3, будет:

n(HNO3) = x г / 106 г/моль 2 моль HNO3/1 моль Na2CO3 = 0,0189x моль

Масса HNO3 будет:

m(HNO3) = n(HNO3) M(HNO3) = 0,0189x моль 63 г/моль = 1,19x г

6. Так как в реакции с карбонатом натрия был взят избыток азотной кислоты, то количество NaNO3 в растворе во второй колбе будет равно массе азотной кислоты, которую мы добавили, то есть 300 г.

7. Тогда массовая доля нитрата натрия в конечном растворе будет:

w(NaNO3) = m(NaNO3) / m(раствор) = 600 г / (600 г + 127,2 г) = 0,825

Ответ: массовая доля нитрата натрия в конечном растворе составляет 0,825.