Obliczanie zawartości procentowej reagentów i produktów w cieczy po reakcji chemicznej z udziałem dwutlenku krzemu i wodorotlenku sodu

Dodano: 04.12.2023 21:31:57

Rozwiązanie

Aby rozwiązać to zadanie, musimy najpierw ustalić równanie reakcji chemicznej między dwutlenkiem krzemu (SiO2\text{SiO}_2) a wodorotlenkiem sodu (NaOH\text{NaOH}), które prowadzi do powstania metakrzemianu sodu (Na2SiO3\text{Na}_2\text{SiO}_3) i wody (H2O\text{H}_2\text{O}). Równanie to wygląda następująco:

SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O\text{SiO}_2 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Na}_2\text{SiO}_3 + \text{H}_2\text{O}

Zadanie podaje, że do reakcji użyto 2 mole SiO2\text{SiO}_2. Aby obliczyć masę tej substancji, korzystamy z masy molowej SiO2\text{SiO}_2, która wynosi 60 g/mol:

masa(SiO2)=ilosˊcˊ moli×masa molowa=2 mole×60 g/mol=120 g\text{masa}(\text{SiO}_2) = \text{ilość moli} \times \text{masa molowa} = 2\ \text{mole} \times 60\ \text{g/mol} = 120\ \text{g}

Teraz skupmy się na ilości reagentów i produktów. Z równania reakcji wynika, że na każdy mol SiO2\text{SiO}_2 potrzebujemy 2 mole NaOH\text{NaOH}, więc dla 2 moli SiO2\text{SiO}_2 potrzebujemy 4 mole NaOH\text{NaOH}. Masa molowa NaOH\text{NaOH} wynosi 40 g/mol, więc:

masa(NaOH)=ilosˊcˊ moli×masa molowa=4 mole×40 g/mol=160 g\text{masa}(\text{NaOH}) = \text{ilość moli} \times \text{masa molowa} = 4\ \text{mole} \times 40\ \text{g/mol} = 160\ \text{g}

Jednak zadanie mówi, że tylko 45% wprowadzonego SiO2\text{SiO}_2 uległo przemianie, więc ilość NaOH\text{NaOH}, której faktycznie użyjemy, będzie odpowiadać tylko 45% z tych 4 moli:

ilosˊcˊ moli uz˙ytego(NaOH)=4 mole×0.45=1.8 mole\text{ilość moli użytego}(\text{NaOH}) = 4\ \text{mole} \times 0.45 = 1.8\ \text{mole}

Teraz obliczmy masę użytego NaOH\text{NaOH}:

masa uz˙ytego(NaOH)=ilosˊcˊ moli uz˙ytego(NaOH)×masa molowa(NaOH)=1.8 mole×40 g/mol=72 g\text{masa użytego}(\text{NaOH}) = \text{ilość moli użytego}(\text{NaOH}) \times \text{masa molowa}(\text{NaOH}) = 1.8\ \text{mole} \times 40\ \text{g/mol} = 72\ \text{g}

Stąd możemy obliczyć masę powstałego Na2SiO3\text{Na}_2\text{SiO}_3. Dla 1 mola SiO2\text{SiO}_2 powstaje 1 mol Na2SiO3\text{Na}_2\text{SiO}_3, zatem dla 0.9 mola (45% z 2 moli) SiO2\text{SiO}_2 powstaje 0.9 mola Na2SiO3\text{Na}_2\text{SiO}_3. Masa molowa Na2SiO3\text{Na}_2\text{SiO}_3 wynosi 122 g/mol:

masa(Na2SiO3)=ilosˊcˊ moli×masa molowa=0.9 mole×122 g/mol=109.8 g\text{masa}(\text{Na}_2\text{SiO}_3) = \text{ilość moli} \times \text{masa molowa} = 0.9\ \text{mole} \times 122\ \text{g/mol} = 109.8\ \text{g}

Ponieważ reakcja odbywa się w parownicy, zakładamy, że woda (H2O\text{H}_2\text{O}) odparowuje, więc jej masa w cieczy pozostającej po reakcji wynosi 0%. Teraz możemy obliczyć zawartość procentową każdej z substancji w cieczy. Masa cieczy to suma mas Na2SiO3\text{Na}_2\text{SiO}_3 oraz niewykorzystanego NaOH\text{NaOH}:

masa cieczy=masa(Na2SiO3)+masa niewykorzystanego(NaOH)\text{masa cieczy} = \text{masa}(\text{Na}_2\text{SiO}_3) + \text{masa niewykorzystanego}(\text{NaOH})

Niewykorzystany NaOH\text{NaOH} to różnica między początkową masą a masą użytego NaOH\text{NaOH}:

masa niewykorzystanego(NaOH)=masa początkowa(NaOH)masa uz˙ytego(NaOH)=160 g72 g=88 g\text{masa niewykorzystanego}(\text{NaOH}) = \text{masa początkowa}(\text{NaOH}) - \text{masa użytego}(\text{NaOH}) = 160\ \text{g} - 72\ \text{g} = 88\ \text{g}

Więc masa cieczy wynosi:

masa cieczy=109.8 g+88 g=197.8 g\text{masa cieczy} = 109.8\ \text{g} + 88\ \text{g} = 197.8\ \text{g}

Teraz obliczmy zawartość procentową NaOH\text{NaOH} i Na2SiO3\text{Na}_2\text{SiO}_3 w cieczy:

%(NaOH)=masa niewykorzystanego(NaOH)masa cieczy×100%=88 g197.8 g×100%44.49%\%(\text{NaOH}) = \frac{\text{masa niewykorzystanego}(\text{NaOH})}{\text{masa cieczy}} \times 100\% = \frac{88\ \text{g}}{197.8\ \text{g}} \times 100\% \approx 44.49\%

%(Na2SiO3)=masa(Na2SiO3)masa cieczy×100%=109.8 g197.8 g×100%55.51%\%(\text{Na}_2\text{SiO}_3) = \frac{\text{masa}(\text{Na}_2\text{SiO}_3)}{\text{masa cieczy}} \times 100\% = \frac{109.8\ \text{g}}{197.8\ \text{g}} \times 100\% \approx 55.51\%

Podsumowując, zawartość procentowa NaOH\text{NaOH} w cieczy wynosi około 44.49%, a zawartość procentowa Na2SiO3\text{Na}_2\text{SiO}_3 w cieczy wynosi około 55.51%.

Pomagamy rozwiązywać zadania w 30 sekund

Zarejestruj się i zobacz jak to działa.

Zarejestruj się