Молекулярные уравнения гидрокарбоната натрия и гидроксида натрия

Молекулярные уравнения гидрокарбоната натрия и гидроксида натрия

2019-06-21
Смесь гидрокарбоната и гидроксида натрия массой 41,6 г прокалили при температуре $ 300^< \circ >C$. Потеря массы после охлаждения смеси составила 9,8 г. Вычислить процентный состав исходной смеси.

При нагревании смеси гидрокарбоната и гидроксида натрия могут протекать реакции:

$2NaHCO_ <3>= Na_<2>CO_ <3>+ H_<2>O + CO_<2>$ (1)
$NaHCO_ <3>+ NaOH = Na_<2>CO_ <3>+ H_ <2>(2)$ (2)

Если бы происходило только разложение 41,6 г гидрокарбоната натрия, то потеря массы составила бы:

при разложении 168 г $NaHCO_<3>$ выделяется 62 г $H_<2>O$ и $CO_<2>$,
при разложении 41,6 г $NaHCO_<3>$ выделяется $m$ г $H_<2>O$ и $CO_<2>$,

$m = 15,35$ г $H_<2>O$ и $CO_<2>$,

где 168 г — масса 2 моль $NaHCO_<3>$, 62 г ($18 + 44$) — сумма масс молей $H_<2>O$ и $CO_<2>$. Однако такая потеря массы (15,35 г) не соответствует условию задачи.

Если бы смесь состояла из эквимолекулярных количеств гидрокарбоната и гидроксида натрия и реакция протекала бы только согласно уравнению (2), то потеря массы составила бы:

при разложении 124 г смеси выделяется 18 г $H_<2>O$
при разложении 41,6 г смеси выделяется $m$ г $H_<2>O$

где 124 г ($84 + 40$) — сумма масс молей $NaHCO_<3>$ и $NaOH$.

По условию задачи потеря массы составила 9,8 г, Следовательно, гидрокарбоната натрия в смеси в молярном отношении было больше, чем гидроксида, и при нагревании протекали оба процесса.

Обозначим соответственно через $x$ и $y$ количества молей гидрокарбоната и гидроксида натрия. Тогда:

$84x + 40y = 41,6$ (1)

Потеря массы за счет протекания реакции (2) равна $18y$.

С гидроксндом натрия в реакцию вступило $y$ моль гидрокарбоната натрия, а разложилось согласно уравнению (1) $x — y$ моль. Потеря массы за счет протекания этого процесса составила $ \frac <62 (x - y)><2>$ г. Общая потеря массы равна:

Решая систему уравнений (1) н (2), находим: $x = 0,4$ моль или 33,6 r $NaHCO_<3>$, $y = 0,2$ моль или 8 Г $NaOH$. Процентное содержание гидрокарбоната и гидроксида натрия в смеси соответственно равно 80,77% ($ \frac <33,6 \cdot 100><41,6>$) и 19,23 %.

Молекулярные уравнения гидрокарбоната натрия и гидроксида натрия

Смешали раствор гидрокарбоната натрия и гидроксида натрия. К полученному раствору добавили бромид хрома (III), в результате чего выпал осадок и выделился бесцветный газ. Осадок при нагревании прореагировал с необходимым количеством пероксида водорода в присутствии гидроксида калия, в результате чего образовался раствор желтого цвета. Далее к раствору добавили серную кислоту, при этом раствор поменял цвет с желтого на оранжевый.

Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

1) При взаимодействии кислой соли — гидрокарбоната натрия с гидроксидом натрия образуется средняя соль — карбонат натрия:

2) В результате взаимодействия карбоната натрия с бромидом хрома (III) в растворе выпадает осадок гидроксид хрома (III) и выделяется углекислый газ:

3) Гидроксид хрома (III) в щелочной среде под действием окислителей окисляется до соединений хрома (VI), в данном случае до хромата калия:

4) Хроматы неустойчивы в щелочном растворе, поэтому при добавлении к ним раствора серной кислоты образуются дихроматы:

Особенности взаимодействия кислых солей со щелочами.

Достаточно часто возникают затруднения при записи реакций кислых солей со щелочами. Ниже рассмотрим основные закономерности подобных взаимодействий. Под кислыми солями подразумеваем соли, в которых остались атомы водорода, способные к замещению на катионы металлов или аммония. Отсюда первый вывод: при добавлении щелочи водород в составе «кислого» аниона будет замещаться с образованием среднего аниона. По такой схеме будут идти простейшие примеры 1) и 2):

2) LiHS + LiOH = Li₂S + H₂O
Li + + HS − + Li + + OH − = 2Li + + S 2- + H₂O
HS − + OH − = S 2- + H₂O

При рассмотрении солей фосфорной кислоты будут возникать дополнительные варианты за счет образования двух видов кислых солей: гидрофосфатов и дигидрофосфатов. Тут следует обращать внимание на избыток/недостаток соли, либо щелочи. Сравните примеры 3) и 4):

Щелочи в примере 3) мало, не хватает для полного замещения атомов водорода в кислой соли.

В примере 4) щелочи много, заместит все возможные атомы водорода в кислой соли.

Значительно больше сложностей возникает при взаимодействии кислой соли и щелочи с разными катионами. Здесь все так же сперва происходит превращение кислого аниона в средний, а далее возможен обмен катионами. Влиять на такой обмен будет природа катионов, растворимость соответствующих средних солей, а также избыток/недостаток соли, либо щелочи. Рассмотрим возможные комбинации для солей двухосновной кислоты, например, угольной:

В описании задания случай 5) можно охарактеризовать фразой «в образовавшемся растворе практически отсутствовали гидроксид-ионы», что вполне понятно из ионного уравнения.

Для случая 6) можно записать «в образовавшемся растворе практически отсутствовали карбонат-ионы», что вполне понятно, поскольку они полностью перешли в состав осадка карбоната бария.

Различие в примерах 5) и 6) легко понять, если представить, что карбонат калия, образовавшийся на первой стадии, может далее вступить в обмен с избытком гидроксида бария.

Теперь давайте поменяем местами исходные катионы и убедимся, что тогда реакция может пойти единственным образом:

Почему невозможен вариант с получением гидроксида бария по аналогии со случаем 6)? Потому что карбонат бария уже является осадком и в дальнейшее взаимодействие с гидроксидом калия не вступает:

BaCO₃ + KOH – нет реакции

Схожие рассуждения можно применить и для реакций с участием трехосновной фосфорной кислоты. Там так же будет больше вариантов протекания, если исходим из соли щелочного металла и щелочи, содержащей щелочноземельный металл:

Вариант 8) с образованием двух солей, по формулировке «в образовавшемся растворе практически отсутствовали гидроксид-ионы». Гидроксида кальция добавили мало, связать все фосфат-ионы в осадок не смог.

Вариант 9) с образованием соли и щелочи, по формулировке «в образовавшемся растворе практически отсутствовали фосфат-ионы». Гидроксида кальция взяли много, все фосфат-ионы перешли в осадок.

Если взять изначально соль щелочноземельного металла и гидроксид щелочного, то вариант будет только один:

Причина отсутствия гидроксида кальция в продуктах по аналогии с пунктом 7) – нерастворимость промежуточно образовавшегося фосфата кальция и отсутствие обмена с ним:

Реакции с дигидрофосфатами будут идти по аналогичным схемам и приводить к двум солям, либо соли и щелочи. Рассмотрим два примера из числа возможных:

Весь фосфат перешел в осадок.

Часть фосфата перешла в осадок, новый гидроксид образоваться не может.