ГДЗ по Химии 8 Класс Параграф 35 Вопрос 7 Базовый Уровень Габриелян — Подробные Ответы

К 500 г насыщенного при 20 °С раствора сульфата магния (см. рис. 124) прилили достаточный для проведения реакции объём раствора хлорида бария. Найдите массу выпавшего осадка.

Дано:

— \(m(\text{раствора MgSO}_4) = 500 \, \text{г}\)
— \(\omega(\text{нас. раствора MgSO}_4 \, \text{при 20 °C}) = 38 \, \text{г на 100 г}\)
— \(M(\text{MgSO}_4) = 120 \, \text{г/моль}\)
— \(M(\text{BaSO}_4) = 233 \, \text{г/моль}\)

Найти: \(m(\text{BaSO}_4)\)

Решение:

Масса насыщенного раствора сульфата магния при 20 °C:
\(m(\text{нас. раствора MgSO}_4) = 38 \, \text{г} + 100 = 138 \, \text{г}\).

Массовая доля сульфата магния:
\(\omega(\text{раствора MgSO}_4) = \frac{38}{138} = 27,54\% = 0,2754\).

Масса сульфата магния в растворе:
\(m(\text{MgSO}_4) = 500 \, \text{г} \cdot 0,2754 = 138 \, \text{г}\).

Количество вещества сульфата магния:
\(n(\text{MgSO}_4) = \frac{m(\text{MgSO}_4)}{M(\text{MgSO}_4)} = \frac{138}{120} = 1,15 \, \text{моль}\).

Уравнение реакции:

\(\text{MgSO}_4 + \text{BaCl}_2 \rightarrow \text{MgCl}_2 + \text{BaSO}_4\).

Из стехиометрии видно, что на 1 моль сульфата магния приходится 1 моль сульфата бария. Следовательно:
\(n(\text{BaSO}_4) = 1,15 \, \text{моль}\).

Масса осадка сульфата бария:
\(m(\text{BaSO}_4) = n(\text{BaSO}_4) \cdot M(\text{BaSO}_4) = 1,15 \cdot 233 = 255,9 \, \text{г}\).

Ответ: \(255,9 \, \text{г}\).

Нам дан насыщенный раствор сульфата магния (\(\text{MgSO}_4\)) массой 500 г. Известно, что при 20 °C растворимость сульфата магния составляет 38 г на 100 г воды. Также даны молярные массы сульфата магния и сульфата бария. Наша конечная цель – найти массу осадка сульфата бария (\(\text{BaSO}_4\)), который образуется при добавлении к этому раствору хлорида бария (\(\text{BaCl}_2\)).

Дано:

\(m(\text{раствора MgSO}_4) = 500 \, \text{г}\) — это общая масса насыщенного раствора, который мы используем в реакции.
\(\omega(\text{нас. раствора MgSO}_4 \, \text{при 20 °C}) = 38 \, \text{г на 100 г}\) — это ключевая информация о растворимости. Она означает, что при температуре 20 °C в 100 граммах воды максимально может раствориться 38 граммов сульфата магния. Это и есть определение насыщенного раствора для данных условий.
\(M(\text{MgSO}_4) = 120 \, \text{г/моль}\) — молярная масса сульфата магния. Это масса одного моля вещества.
\(M(\text{BaSO}_4) = 233 \, \text{г/моль}\) — молярная масса сульфата бария. Это масса одного моля вещества.

Что нужно найти:

Массу выпавшего осадка сульфата бария (\(m(\text{BaSO}_4)\)).

Шаг 1: Определение массы насыщенного раствора сульфата магния при 20 °C (для «стандартного» объема)

Концепция: Растворимость вещества обычно указывается как масса вещества, которая может раствориться в определенной массе растворителя (чаще всего воды) при заданной температуре, образуя насыщенный раствор. Масса насыщенного раствора – это сумма массы растворенного вещества и массы растворителя.

Расчет: Из условия задачи мы знаем, что 38 г сульфата магния растворяется в 100 г воды. Чтобы получить массу насыщенного раствора, нужно сложить массу растворенного вещества и массу растворителя (воды):

\((m(\text{нас. раствора MgSO}_4) = 38 \, \text{г (MgSO}_4) + 100 \, \text{г (воды)} = 138 \, \text{г})\)

Объяснение: Этот расчет показывает, что если мы возьмем 100 г воды и растворим в ней максимально возможное количество \(\text{MgSO}_4\) (а это 38 г при 20 °C), то общая масса полученного насыщенного раствора будет 138 г. Этот «стандартный» объем раствора используется для определения массовой доли сульфата магния в любом насыщенном растворе при данной температуре.

Шаг 2: Расчет массовой доли сульфата магния в насыщенном растворе

Концепция: Массовая доля (\(\omega\)) вещества в растворе показывает, какую часть от общей массы раствора составляет масса растворенного вещества. Она выражается в долях единицы или в процентах. Формула: \(\omega = \frac{\text{масса растворенного вещества}}{\text{масса раствора}}\).

Расчет: Используя данные из Шага 1 для насыщенного раствора:

\(\omega(\text{раствора MgSO}_4) = \frac{38 \, \text{г (масса MgSO}_4)}{138 \, \text{г (масса насыщенного раствора)}}\)

В вашем решении это значение было рассчитано и округлено:

\(\omega(\text{раствора MgSO}_4) = 27,54\% = 0,2754\)

Объяснение: Этот расчет показывает, что в любом насыщенном растворе сульфата магния при 20 °C, независимо от его общего объема, 27,54% массы будет приходиться на \(\text{MgSO}_4\), а остальное – на воду. Это константа для данных условий и является важным параметром для дальнейших расчетов.

Шаг 3: Определение массы сульфата магния в нашем конкретном растворе

Концепция: Зная массовую долю вещества в растворе и общую массу этого раствора, можно найти фактическую массу растворенного вещества. Формула: \(\text{масса вещества} = \text{массовая доля} \times \text{масса раствора}\).

Расчет: Теперь мы знаем, что наш исходный раствор имеет общую массу 500 г, и он является насыщенным при 20 °C. Это означает, что массовая доля \(\text{MgSO}_4\) в нем такая же, как мы рассчитали в Шаге 2 (0,2754). Мы можем найти массу \(\text{MgSO}_4\) в нашем 500-граммовом растворе:

\((m(\text{MgSO}_4) = 500 \, \text{г} \cdot 0,2754 = 138 \, \text{г})\)

Объяснение: Этот шаг позволяет нам определить точное количество сульфата магния, которое фактически присутствует в 500 г раствора, данного в условии задачи. Именно это количество \(\text{MgSO}_4\) будет участвовать в химической реакции, и оно является ключевым для дальнейших расчетов.

Шаг 4: Расчет количества вещества (молей) сульфата магния

Концепция: В химии реакции происходят между определенными количествами частиц (атомов, молекул, ионов), а не массами. Единицей измерения количества вещества является моль. Количество вещества (\(n\)) рассчитывается как отношение массы вещества к его молярной массе. Формула: \(n = \frac{m}{M}\).

Расчет: Для того чтобы найти количество вещества сульфата магния (\(n(\text{MgSO}_4)\)), используем массу \(\text{MgSO}_4\) из Шага 3 (138 г) и его молярную массу (120 г/моль, дано):

\((n(\text{MgSO}_4) = \frac{138 \, \text{г}}{120 \, \text{г/моль}} = 1,15 \, \text{моль})\)

Объяснение: Перевод массы в моли позволяет нам использовать стехиометрию химического уравнения. 1,15 моль \(\text{MgSO}_4\) – это то количество «частиц» сульфата магния, которое доступно для реакции.

Шаг 5: Запись и анализ уравнения реакции

Концепция: Химическое уравнение описывает, какие вещества вступают в реакцию (реагенты) и какие образуются (продукты), а также их количественные соотношения. В данном случае происходит реакция обмена (двойного замещения) между растворимым сульфатом магния и растворимым хлоридом бария, в результате которой образуется нерастворимый сульфат бария (осадок) и растворимый хлорид магния.

Расчет: Реакция обмена, происходящая между сульфатом магния и хлоридом бария, выглядит следующим образом:

\(\text{MgSO}_4 + \text{BaCl}_2 \rightarrow \text{MgCl}_2 + \text{BaSO}_4 \downarrow\)

Объяснение: Из уравнения видно, что перед каждой формулой стоит коэффициент «1» (который обычно не пишется, если он равен единице). Это означает, что 1 моль сульфата магния (\(\text{MgSO}_4\)) реагирует с 1 молем хлорида бария (\(\text{BaCl}_2\)) и образует 1 моль хлорида магния (\(\text{MgCl}_2\)) и 1 моль сульфата бария (\(\text{BaSO}_4\)). Символ \(\downarrow\) указывает на образование осадка. Это молярное соотношение 1:1 между \(\text{MgSO}_4\) и \(\text{BaSO}_4\) является критически важным для следующего шага.

Шаг 6: Определение количества вещества (молей) сульфата бария

Концепция: Исходя из стехиометрии химического уравнения, мы можем определить, сколько молей продукта образуется из определенного количества молей реагента.

Расчет: Поскольку из стехиометрии реакции (Шаг 5) видно, что для 1 моль сульфата магния получается 1 моль сульфата бария, количество вещества сульфата бария будет равно количеству вещества сульфата магния, которое вступило в реакцию:

\((n(\text{BaSO}_4) = n(\text{MgSO}_4) = 1,15 \, \text{моль})\)

Объяснение: Этот шаг напрямую следует из баланса атомов в химическом уравнении. Если каждый моль \(\text{MgSO}_4\) дает один моль \(\text{BaSO}_4\), то количество образовавшегося продукта будет равно количеству исходного реагента (при условии, что \(\text{BaCl}_2\) был в избытке, что подразумевается в таких задачах, если не указано иное).

Шаг 7: Расчет массы осадка сульфата бария

Концепция: После того как мы определили количество вещества продукта в молях, мы можем перевести это количество обратно в массу, используя молярную массу этого продукта. Формула: \(\text{масса} = \text{количество вещества} \times \text{молярная масса}\).

Расчет: Теперь мы можем вычислить массу осадка сульфата бария. Масса сульфата бария вычисляется по формуле, используя количество молей \(\text{BaSO}_4\) из Шага 6 (1,15 моль) и его молярную массу (233 г/моль, дано):

\((m(\text{BaSO}_4) = n(\text{BaSO}_4) \cdot M(\text{BaSO}_4) = 1,15 \cdot 233 = 255,9 \, \text{г})\)

Объяснение: Этот последний шаг переводит количество вещества осадка обратно в массу, которая является измеряемой величиной и конечным ответом на вопрос задачи. Это позволяет нам сказать, сколько граммов осадка мы ожидаем получить в результате реакции.

Ответ:

Масса выпавшего осадка сульфата бария составляет 255,9 г.

Общее объяснение логики решения:

1. Определение состава исходного раствора: Мы начали с использования информации о растворимости, чтобы понять, сколько чистого сульфата магния содержится в нашем начальном растворе массой 500 г. Для этого сначала рассчитали массовую долю \(\text{MgSO}_4\) в насыщенном растворе, а затем применили эту долю к нашей конкретной массе раствора.
2. Переход к молям: Поскольку химические реакции происходят на уровне отдельных молекул (или ионов), нам необходимо было перевести массу \(\text{MgSO}_4\) в количество вещества (моли). Это фундаментальный шаг в стехиометрических расчетах.
3. Анализ химической реакции: Мы записали сбалансированное химическое уравнение, чтобы понять, как \(\text{MgSO}_4\) превращается в \(\text{BaSO}_4\) и в каком молярном соотношении.
4. Расчет продукта в молях: Используя молярное соотношение из уравнения реакции, мы определили, сколько молей продукта (\(\text{BaSO}_4\)) образуется из известного количества молей реагента (\(\text{MgSO}_4\)).
5. Переход от молей к массе продукта: Наконец, мы перевели количество молей образовавшегося \(\text{BaSO}_4\) обратно в массу, чтобы получить конечный ответ в граммах, который является измеряемой величиной.

Каждый шаг является логическим продолжением предыдущего и использует фундаментальные химические принципы и формулы для последовательного решения задачи.