12. К 50 г раствора карбоната натрия с массовой долей растворенного вещества 10,6% прилили избыточное количество раствора сульфата алюминия. Какой газ выделяется при этом? Каков объем этого газа (н. у.)?

Решение:

1. Рассчитаем массу карбоната натрия (Na₂CO₃) в растворе:

\( m(\text{Na}_2\text{CO}_3) = m(\text{раствора}) \times w(\text{Na}_2\text{CO}_3) = 50 \text{ г} \times 0.106 = 5.3 \text{ г} \)

2. Рассчитаем молярную массу карбоната натрия:

\( M(\text{Na}_2\text{CO}_3) = 2 \times 23 + 12 + 3 \times 16 = 46 + 12 + 48 = 106 \text{ г/моль} \)

3. Рассчитаем количество вещества карбоната натрия:

\( \nu(\text{Na}_2\text{CO}_3) = \frac{m(\text{Na}_2\text{CO}_3)}{M(\text{Na}_2\text{CO}_3)} = \frac{5.3 \text{ г}}{106 \text{ г/моль}} = 0.05 \text{ моль} \)

4. Запишем уравнение реакции:

Карбонат натрия (Na₂CO₃) — соль, образованная сильным основанием NaOH и слабой кислотой H₂CO₃, поэтому подвергается гидролизу. Сульфат алюминия (Al₂(SO₄)₃) — соль, образованная слабым основанием Al(OH)₃ и сильной кислотой H₂SO₄, поэтому также подвергается гидролизу. При взаимодействии этих растворов происходит суммарный гидролиз:

\( 3\text{Na}_2\text{CO}_3 + \text{Al}_2(\text{SO}_4)_3 + 3\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{Al(OH)}_3 \text{↓} + 3\text{Na}_2\text{SO}_4 + 3\text{CO}_2 \text{↑} \)

5. Определим, какой реагент находится в избытке. В условии сказано, что сульфат алюминия добавлен в избыточном количестве, значит, карбонат натрия является лимитирующим реагентом.

6. Рассчитаем объём выделившегося углекислого газа (CO₂). По уравнению реакции, из 3 моль Na₂CO₃ выделяется 3 моль CO₂. Следовательно, из 0.05 моль Na₂CO₃ выделится 0.05 моль CO₂.

\( \nu(\text{CO}_2) = \nu(\text{Na}_2\text{CO}_3) = 0.05 \text{ моль} \)

7. Рассчитаем объём CO₂ при нормальных условиях (н.у.), зная, что молярный объём газа при н.у. равен 22.4 л/моль:

\( V(\text{CO}_2) = \nu(\text{CO}_2) \times V_m = 0.05 \text{ моль} \times 22.4 \text{ л/моль} = 1.12 \text{ л} \)

Ответ: Выделяется газ углекислый газ (CO₂). Объём этого газа равен 1.12 л.