Сколько литров хлора (н.у.) выделится, если к 200 мл 35%-ной соляной кислоты (плотностью 1,17 г/мл) добавить при нагревании 26,1 г оксида марганца (IV)?

Ответ: V(Cl₂) = 6,72 л; m(NaOH) = 24 г

Пояснение:

При добавлении соляной кислоты к оксиду марганца (IV) протекает реакция:

MnO₂ + 4HCl → MnCl₂ + Cl₂↑ + 2H₂O

Вычислим массы хлороводорода и массу соляной кислоты в растворе:

m(р−ра 35%-ной HCl) = V(р−ра HCl) ^. ρ(р−ра HCl) = 200 мл ^. 1,17 г/мл = 234 г

m(HCl) = M(HCl) ^. w(HCl)%/100% = 234 г ^. 35%/100% = 81,9 г

Отсюда количество HCl:

ν(HCl) = m(HCl)/M(HCl) = 81,9 г/36,5 г/моль = 2,244 моль

Количество оксида марганца (IV):

ν(MnO₂) = m(MnO₂)/M(MnO₂) = 26,1 г/87 г/моль = 0,3 моль

По уравнению реакции ν(MnO₂) = ¼ ν(HCl), а по условию ν(MnO₂) < ¼ν(HCl), следовательно, MnO₂ – вещество в недостатке, полностью прореагирует с соляной кислотой.

По уравнению реакции ν(MnO₂) = ν(Cl₂) = 0,3 моль, поэтому объем выделившегося при н.у. хлора равен:

V(Cl₂) = V_m ^. ν(Cl₂) = 22,4 л/моль ^. 0,3 моль = 6,72 л

В холодном растворе щелочь взаимодействует с хлором с образованием гипохлорита (NaClO) и хлорида (NaCl) натрия (реакция диспропорционирования):

Cl₂ + 2NaOH → NaClO + NaCl + H₂O

По уравнению реакции ν(Cl₂) = ½ ν(NaOH), поэтому ν(NaOH) = 0,3 моль ^. 2 = 0,6 моль

Масса гидроксида натрия, прореагировавшего с хлором в холодном растворе, равна:

m(NaOH) = M(NaOH) ^. ν(NaOH) = 40 г/моль ^. 0,6 моль = 24 г