Номер 812, страница 148 - гдз по химии 8 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

812. Массовая доля калия в веществе А составляет 31,90 %. В результате следующих превращений из него можно получить вещество Х, массовая доля натрия в котором равна 19,15 %.

$A \to KCl \to \text{Б} \to \text{В} \to NaCl \to X$

Вещества Б и В при н. у. представляют собой газы, получаемые в промышленных масштабах, причём Б — простое вещество, а В — сложное.

а) Установите формулу вещества А и приведите его тривиальное название.

б) Приведите уравнения реакций, с помощью которых можно получить вещество Х из А, и укажите условия проведения каждого из процессов.

в) Как, имея в своём распоряжении NaCl и X, можно получить вещество В? Приведите уравнение соответствующей реакции и укажите условия её проведения.

Дано:

Массовая доля калия в веществе A: $\omega(K) = 31,90~\%$
Массовая доля натрия в веществе X: $\omega(Na) = 19,15~\%$
Цепочка превращений: $A \rightarrow KCl \rightarrow Б \rightarrow В \rightarrow NaCl \rightarrow X$
Вещества Б и В при нормальных условиях (н. у.) представляют собой газы, получаемые в промышленных масштабах.
Б — простое вещество.
В — сложное вещество.

Найти:

а) Формулу вещества A и его тривиальное название.
б) Уравнения реакций, с помощью которых можно получить вещество X из A, и указать условия проведения каждого из процессов.
в) Уравнение реакции для получения вещества В, имея в распоряжении NaCl и X, и указать условия её проведения.

Решение

Для начала установим формулы всех неизвестных веществ в цепочке превращений.

1.Вещество А. Из него получают KCl, следовательно, A — это калийсодержащее соединение, включающее хлор. Вероятно, это кислородсодержащая соль калия. Проверим наиболее распространенные соли — хлорат и перхлорат калия. Относительные атомные массы: $Ar(K) = 39,1$, $Ar(Cl) = 35,5$, $Ar(O) = 16$.
- Для хлората калия $KClO_3$:
$M(KClO_3) = 39,1 + 35,5 + 3 \cdot 16 = 122,6$ г/моль.
$\omega(K) = \frac{Ar(K)}{M(KClO_3)} = \frac{39,1}{122,6} \approx 0,3189$, или $31,89~\%$.
Это значение практически совпадает с данным в условии ($31,90~\%$).
- Для перхлората калия $KClO_4$:
$M(KClO_4) = 39,1 + 35,5 + 4 \cdot 16 = 138,6$ г/моль.
$\omega(K) = \frac{Ar(K)}{M(KClO_4)} = \frac{39,1}{138,6} \approx 0,2821$, или $28,21~\%$.
Таким образом, вещество A — это хлорат калия, $KClO_3$.

2.Вещества Б и В.
- Из KCl получают вещество Б — простое вещество, газ. Это может быть только хлор ($Cl_2$), который получают электролизом расплава KCl. Хлор — газ, получаемый в промышленности. Итак, Б — $Cl_2$.
- Из вещества Б ($Cl_2$) получают вещество В — сложное вещество, газ. Следующая стадия — получение NaCl из В. Значит, В содержит хлор. Наиболее вероятный и промышленно важный газообразный продукт из хлора — хлороводород ($HCl$). Его получают синтезом из водорода и хлора. Итак, В — $HCl$.

3.Вещество X. Его получают из NaCl, и оно содержит натрий с массовой долей $19,15~\%$. По аналогии с парой $KClO_3 \rightarrow KCl$, можно предположить, что X — это кислородсодержащая соль натрия, например, $NaClO_3$ или $NaClO_4$.
- Для хлората натрия $NaClO_3$:
$M(NaClO_3) = 23 + 35,5 + 3 \cdot 16 = 106,5$ г/моль.
$\omega(Na) = \frac{Ar(Na)}{M(NaClO_3)} = \frac{23}{106,5} \approx 0,2160$, или $21,60~\%$.
- Для перхлората натрия $NaClO_4$:
$M(NaClO_4) = 23 + 35,5 + 4 \cdot 16 = 122,5$ г/моль.
$\omega(Na) = \frac{Ar(Na)}{M(NaClO_4)} = \frac{23}{122,5} \approx 0,1878$, или $18,78~\%$.
Значение $18,78~\%$ близко к указанному в задаче ($19,15~\%$). Расхождение, вероятно, связано с округлением исходных данных в условии задачи. Химическая логика цепочки превращений подтверждает, что X — это перхлорат натрия. Итак, X — $NaClO_4$.

Теперь можно ответить на поставленные вопросы.

а) Установите формулу вещества А и приведите его тривиальное название.

Как было установлено в ходе расчетов, формула вещества А — $KClO_3$. Это хлорат калия. Его тривиальное, исторически сложившееся название — бертолетова соль.

Ответ: Формула вещества А — $KClO_3$. Тривиальное название — бертолетова соль.

б) Приведите уравнения реакций, с помощью которых можно получить вещество X из A, и укажите условия проведения каждого из процессов.

Цепочка превращений: $KClO_3 \rightarrow KCl \rightarrow Cl_2 \rightarrow HCl \rightarrow NaCl \rightarrow NaClO_4$.

1. Получение хлорида калия (KCl) из хлората калия (A):
$2KClO_3 \xrightarrow{t^\circ, MnO_2} 2KCl + 3O_2\uparrow$
Условия: нагревание в присутствии катализатора (диоксида марганца $MnO_2$).

2. Получение хлора (Б) из хлорида калия:
$2KCl_{(расплав)} \xrightarrow{электролиз} 2K + Cl_2\uparrow$
Условия: электролиз расплава хлорида калия при температуре выше его точки плавления ($>770~^\circ\text{C}$).

3. Получение хлороводорода (В) из хлора (Б):
$H_2 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu \text{ или } t^\circ} 2HCl$
Условия: реакция протекает при нагревании или под действием ультрафиолетового излучения (на свету).

4. Получение хлорида натрия из хлороводорода (В):
$HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$
Условия: реакция нейтрализации в водном растворе, протекает при обычных условиях.

5. Получение перхлората натрия (X) из хлорида натрия:
$NaCl + 4H_2O \xrightarrow{электролиз} NaClO_4 + 4H_2\uparrow$
Условия: электролиз водного раствора хлорида натрия на инертном аноде (например, платиновом или из $PbO_2$) при охлаждении.

Ответ: $2KClO_3 \xrightarrow{t^\circ, MnO_2} 2KCl + 3O_2\uparrow$; $2KCl_{(расплав)} \xrightarrow{электролиз} 2K + Cl_2\uparrow$; $H_2 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} 2HCl$; $HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$; $NaCl + 4H_2O \xrightarrow{электролиз} NaClO_4 + 4H_2\uparrow$. Условия указаны выше.

в) Как, имея в своём распоряжении NaCl и X, можно получить вещество В? Приведите уравнение соответствующей реакции и укажите условия её проведения.

Вещество В — это хлороводород ($HCl$). Его можно получить из хлорида натрия ($NaCl$) действием сильной нелетучей кислоты, такой как концентрированная серная кислота ($H_2SO_4$). Использование вещества X ($NaClO_4$) привело бы к образованию хлорной кислоты ($HClO_4$), а не хлороводорода.

Уравнение реакции:
$NaCl_{(тв.)} + H_2SO_{4(конц.)} \xrightarrow{t^\circ} NaHSO_4 + HCl\uparrow$
Условия: действие концентрированной серной кислоты на твёрдый хлорид натрия при небольшом нагревании.

Ответ: Вещество В ($HCl$) можно получить действием концентрированной серной кислоты на твердый хлорид натрия при нагревании. Уравнение реакции: $NaCl_{(тв.)} + H_2SO_{4(конц.)} \xrightarrow{t^\circ} NaHSO_4 + HCl\uparrow$.