ГДЗ по Химии 10 Класс Параграф 10 Вопрос 4 Габриелян, Остроумов — Подробные Ответы

Образец каменного угля массой 0,27 г сожгли в кислороде, образовавшиеся газы пропустили через избыток раствора гидроксида бария. В результате образовался осадок массой 3,94 г. Вычислите массовую долю углерода в образце каменного угля.

Условие задачи (Дано)

• m(BaCO₃) = 3,94 г (масса осадка бария)
• M(BaCO₃) = 197 г/моль (молярная масса карбоната бария)
• M(C) = 12 г/моль (молярная масса углерода)
• m(угля) = 0,27 г (общая масса образца угля)

Найти:

ω(C) = ? (массовая доля чистого углерода в угле)

Уравнения химических реакций

Процесс протекает в два этапа: сначала сжигание углерода, затем поглощение полученного газа известковой водой.

1. Сжигание углерода:

C + O₂ → CO₂↑

2. Взаимодействие углекислого газа с гидроксидом бария:

CO₂ + Ba(OH)₂ → BaCO₃↓ + H₂O

Пошаговое решение

1. Находим количество вещества карбоната бария
Используем формулу n = m / M:
n(BaCO₃) = 3,94 / 197 = 0,02 (моль)

2. Определяем количество вещества углерода
Согласно уравнениям реакций, коэффициенты перед веществами равны, значит, количество моль соотносится как 1:1:
n(C) = n(CO₂) = n(BaCO₃) = 0,02 (моль)

3. Вычисляем массу чистого углерода
Используем формулу m = n · M:
m(C)чистого = 0,02 · 12 = 0,24 (г)

4. Рассчитываем массовую долю углерода в образце
Делим массу чистого вещества на общую массу угля:
ω(C) = m(C)чистого / m(угля) = 0,24 / 0,27 = 0,89 (или 89%)

Ответ:
Массовая доля углерода в угле составляет 89%.

Эта задача — классический пример того, как химики «взвешивают» невидимые атомы, используя цепочку превращений. Мы идем от обратного: зная массу твердого осадка в конце, мы вычисляем, сколько чистого углерода было в самом начале.

Вот подробный разбор каждого шага этой «детективной» истории.

Логика задачи: «Химический мост»

Представьте, что у нас есть цепочка. Каждый атом углерода из кусочка угля проходит через огонь, превращается в газ, а затем «запирается» в молекуле белого осадка.
Главная хитрость здесь в том, что соотношение везде 1 к 1:
1. Один атом C дает одну молекулу CO₂.
2. Одна молекула CO₂ дает одну молекулу BaCO₃.

Значит, сколько молекул осадка мы получили в конце, ровно столько же атомов углерода было в исходном угле. Это и есть наш «золотой мостик» для расчетов.

Разбор химических превращений

Этап 1: Сжигание
C + O₂ → CO₂↑
Углерод в угле реагирует с кислородом воздуха. Весь «чистый» углерод превращается в углекислый газ. Если в угле были примеси (песок, глина), они не сгорают и не образуют газ, поэтому мы их не учитываем.

Этап 2: Осаждение
CO₂ + Ba(OH)₂ → BaCO₃↓ + H₂O
Углекислый газ пропускают через раствор гидроксида бария. Газ вступает в реакцию и превращается в твердый белый порошок — карбонат бария, который выпадает на дно. Его легко высушить и взвесить.

Детальный математический расчет

Шаг 1: Считаем «порции» (моли) осадка
В химии мы считаем не граммами, а «порциями» — молями. Чтобы узнать, сколько моль в 3,94 граммах карбоната бария, делим его массу на массу одной «порции» (молярную массу):
n(BaCO₃) = 3,94 г / 197 г/моль = 0,02 моль
Мы нашли, что у нас ровно 0,02 «порции» осадка.

Шаг 2: Переходим к углероду
Поскольку наша цепочка 1:1, мы можем уверенно сказать:
n(C) = n(BaCO₃) = 0,02 моль
Значит, в исходном угле было ровно 0,02 моль чистого углерода.

Шаг 3: Переводим «порции» углерода в граммы
Теперь узнаем, сколько весят эти 0,02 моль углерода. Умножаем количество на молярную массу углерода (12 г/моль):
m(C)чистого = 0,02 моль · 12 г/моль = 0,24 г
Итак, из 0,27 г угля, который мы взяли изначально, только 0,24 г были настоящим углеродом.

Шаг 4: Находим процент чистоты
Чтобы найти массовую долю (ω), делим массу чистого вещества на общую массу образца:
ω(C) = 0,24 г / 0,27 г = 0,8888…
Округляем до сотых и переводим в проценты: 89%.

Итоговый вывод

Результат 89% говорит нам о том, что перед нами уголь довольно высокого качества (например, хороший каменный уголь). Остальные 11% — это негорючие примеси и влага, которые не участвовали в реакциях.

Такой метод анализа называется «гравиметрическим», потому что в его основе лежит точное измерение веса полученного осадка.