Две соли
200 г 20% водного раствора индивидуальной соли X, имеющей щелочную реакцию среды и окрашивающей пламя горелки в жёлтый цвет, прокипятили в течение некоторого времени и охладили до 20 оС. В результате из раствора выпало 40.0 г кристаллов Y, при прокаливании до 120 оС уменьшающих свою массу на 25.2 г в результате полной потери кристаллизационной воды. При последующем охлаждении оставшегося раствора до 0 оС может быть получено ещё 21.3 г Y. Известно, что растворимость Y (г/100 г воды) в расчёте на безводную соль при 20 оС втрое превышает растворимость при 0 oС.
1. Установите формулы солей X и Y. Ответ подтвердите расчётами.
Из условия известно, что Y – кристаллогидрат. При наличии n молекул воды на формульную единицу безводной Y получим следующее соотношение: , откуда г/моль, а масса безводной части Y равна г/моль.
Найдём значения молярной массы безводной Y при разных значениях n и определим возможный состав соли, полагая, что она содержит натрий (на что указывает окрашивание пламени горелки в жёлтый цвет):
не даёт щелочную реакцию среды, а соль неустойчива при кипячении, поэтому среди найденных солей условию пока что соответствуют и . Раз в последнем вопросе задачи просят привести тривиальные названия солей, значит, эта соль имеет широкое применение и известна достаточно давно. Тогда можно предположить, что речь идёт о соде, т.е. декагидрате карбоната натрия. Кроме того, фторид натрия несколько хуже подходит по молярной массе. Итак, Y -
В результате охлаждения раствора со 100 оС до 20 оС образовалось моль осадка, что соответствует уменьшению содержания соли в растворе на г и уменьшению содержания воды на г. В результате охлаждения раствора с 20 оС до 0 оС образовалось моль осадка, что соответствует уменьшению содержания соли в растворе на г и уменьшению содержания воды на г. Обозначим начальное содержание соли и воды в растворе после кипячения при 100 оС как mcо и mво соответственно. Тогда растворимость может быть выражена следующим образом:
Предположим, что исходная соль Х – карбонат. Тогда её масса составляет г. С учётом отличия растворимости в три раза можно записать:
Данное уравнение имеет единственное решение г, которое, очевидно, не имеет смысла. Тогда логично предположить, что карбонат натрия образовался в результате разложения другой соли. Этой солью может быть гидрокарбонат натрия:
В этом случае из 40 г (0.476 моль) может быть получено 0.238 моль, или 25.2 г, среднего карбоната. Решим аналогичное уравнение с г:
Уравнение имеет решение при г.
Таким образом, исходной солью X может быть гидрокарбонат натрия.
2. Чему равна массовая доля соли в растворе после кипячения при 100 o****С и после охлаждения раствора до 0 o****С и выпадения осадка?
Сразу после кипячения раствор содержал 25.2 г Na2CO3 и 74.5 г воды. Массовая доля соли равна:
После охлаждения до 0 oС в растворе осталось г соли и г воды. Массовая доля соли равна:
3. Какая масса Y могла бы выпасть в осадок, если сразу после кипячения раствор охладили бы до 10 o****С? Считайте, что растворимость при 10 o****С равна среднему арифметическому растворимостей при 20 и 0 o****С.
Рассчитаем растворимость при 20 oС:
или 21 г соли на 100 г воды
При 0 oС растворимость будет в 3 раза ниже, тогда при 10 oС она составит г соли на 100 г воды.
Пусть при охлаждении из раствора выпадет х моль соли. Тогда масса соли в растворе уменьшится на , а масса воды – на :
Откуда моль, что соответствует г .
4. Приведите тривиальные названия солей X и Y.
Гидрокарбонат натрия имеет тривиальное название питьевая (пищевая) сода, декагидрат карбоната натрия – натрит, или кристаллическая сода.