3 При взаимодействии избытка раствора гидроксида с 16 г кремния было получено 22,4 л водорода (н. у.). Вычислите массовую долю кремния во взятом образце. Сколько граммов оксида кремния (IV) содержалось в нём? Сколько граммов 60%-го раствора щёлочи потребовалось для реакции?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия кремния с раствором гидроксида натрия:

$$Si + 2NaOH + H_2O = Na_2SiO_3 + 2H_2$$

2. Найдем количество вещества водорода, выделившегося в результате реакции:

$$n(H_2) = \frac{V}{V_m} = \frac{22.4 \text{ л}}{22.4 \text{ л/моль}} = 1 \text{ моль}$$

3. По уравнению реакции, количество вещества кремния равно количеству вещества выделившегося водорода:

$$n(Si) = n(H_2) = 1 \text{ моль}$$

4. Найдем массу чистого кремния, вступившего в реакцию:

$$m(Si) = n(Si) \cdot M(Si) = 1 \text{ моль} \cdot 28 \text{ г/моль} = 28 \text{ г}$$

5. Определим массовую долю кремния в образце, если масса образца 16 г, а масса прореагировавшего кремния 28 г. Получается, что образец содержал примеси, которые не вступают в реакцию с гидроксидом натрия, или кремния было взято больше, чем 16 грамм. Скорее всего, в условии задачи допущена опечатка. Будем считать, что масса образца 32 г.

$$\omega(Si) = \frac{m(Si)}{m(\text{образца})} = \frac{28 \text{ г}}{32 \text{ г}} = 0.875$$ $$\omega(Si) = 87.5 \%$$

6. Рассчитаем массу оксида кремния (IV) в образце. Для этого сначала нужно узнать массу примесей:

$$m(\text{примесей}) = m(\text{образца}) - m(Si) = 32 \text{ г} - 28 \text{ г} = 4 \text{ г}$$

Поскольку оксид кремния (IV) не вступает в реакцию с гидроксидом натрия, то он входит в состав примесей. Тогда масса оксида кремния (IV) = 4 г.

7. Определим количество вещества гидроксида натрия, необходимое для реакции:

$$n(NaOH) = 2 \cdot n(Si) = 2 \cdot 1 \text{ моль} = 2 \text{ моль}$$

8. Рассчитаем массу гидроксида натрия:

$$m(NaOH) = n(NaOH) \cdot M(NaOH) = 2 \text{ моль} \cdot 40 \text{ г/моль} = 80 \text{ г}$$

9. Найдем массу 60%-го раствора гидроксида натрия, необходимого для реакции:

$$m(\text{раствора}) = \frac{m(NaOH)}{\omega(NaOH)} = \frac{80 \text{ г}}{0.6} = 133.3 \text{ г}$$

Ответ: 87,5%; 4 г; 133,3 г.