Какой массой образца кальция и натрия массой 6,3 г можно растворить в воде? Полученный раствор нужно нейтрализовать

Тропик

8

Для решения этой задачи, нам необходимо учесть химические реакции и мольные соотношения элементов и соединений. Для начала, рассмотрим превращение кальция и натрия в их ионные соединения водным раствором:

1. Масса кальция составляет 6,3 г. Молярная масса кальция равна 40,08 г/моль. Чтобы определить количество вещества кальция, делим массу на молярную массу:
\[n_{\text{кальция}} = \frac{{6,3 \, \text{г}}}{{40,08 \, \text{г/моль}}} = 0,157 \, \text{моль}\]

2. Масса натрия также составляет 6,3 г. Молярная масса натрия равна 22,99 г/моль. Аналогично, чтобы определить количество вещества натрия, делим массу на молярную массу:
\[n_{\text{натрия}} = \frac{{6,3 \, \text{г}}}{{22,99 \, \text{г/моль}}} = 0,274 \, \text{моль}\]

3. При растворении кальция и натрия в воде, они образуют соответствующие ионы:
\[Ca \rightarrow Ca^{2+} + 2e^-\]
\[2Na \rightarrow 2Na^+ + 2e^-\]
Таким образом, для каждого моля кальция и натрия образуется два моля электронов.

4. Нейтрализация происходит между ионами кальция и натрия с ионами гидроксидов воды. Обычно вода содержит избыток ионов гидроксидов (OH^-). Кальций и натрий будут реагировать с этими ионами, образуя соответствующие гидроксиды:
\[Ca^{2+} + 2OH^- \rightarrow Ca(OH)_2\]
\[2Na^+ + 2OH^- \rightarrow 2NaOH\]
Далее эти осадки кальция и натрия можно удалить из раствора.

5. Теперь необходимо рассмотреть нейтрализацию полученного раствора с азотной кислотой (HNO3):
\[Ca(OH)_2 + 2HNO_3 \rightarrow Ca(NO_3)_2 + 2H_2O\]
\[2NaOH + HNO_3 \rightarrow Na_2NO_3 + 2H_2O\]
Согласно уравнениям реакций нейтрализации, каждый моль гидроксида кальция и натрия реагирует с двумя молями азотной кислоты.

6. Теперь рассчитаем количество хлорида и нитрата, образующихся при реакции нейтрализации, исходя из количества кальция и натрия:
Для кальция:
\[n_{Ca(NO_3)_2} = n_{\text{кальция}} \times 2 = 0,157 \, \text{моль} \times 2 = 0,314 \, \text{моль}\]
Для натрия:
\[n_{Na_2NO_3} = n_{\text{натрия}} = 0,274 \, \text{моль}\]

7. Молярная масса азотной кислоты (HNO3) равна 63,01 г/моль. Теперь рассчитаем массу азотной кислоты, необходимой для нейтрализации полученного раствора:
Для кальция:
\[m_{HNO3 (\text{для кальция})} = n_{Ca(NO_3)_2} \times M_{HNO3} = 0,314 \, \text{моль} \times 63,01 \, \text{г/моль} = 19,789 \, \text{г}\]
Для натрия:
\[m_{HNO3 (\text{для натрия})} = n_{Na_2NO_3} \times M_{HNO3} = 0,274 \, \text{моль} \times 63,01 \, \text{г/моль} = 17,232 \, \text{г}\]

Таким образом, для нейтрализации полученного раствора, необходимо использовать 19,789 г азотной кислоты при реакции с кальцием и 17,232 г азотной кислоты при реакции с натрием.