Дело о соли: как проверить всю цепочку расчёта?

Опорная карта

Схема модели

Только бумага, калькулятор и готовые данные. Не проводите реакции, не получайте газы, не нагревайте вещества и не смешивайте бытовую химию.

Ситуация и вопрос

Вымышленный отчёт: образец 13,25 г содержит 80% Na₂CO₃ по массе; остальная часть в данной модели инертна. Добавлено 0,150 mol HCl. Реакция Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + CO₂. Получено 8,00 г сухой смеси с 87,75% NaCl. Можно ли вычислить выход соли? Никаких реальных реакций выполнять не нужно.

Новые слова без пропусков

Сначала различите три доли: чистоту исходного образца, долю NaCl в полученной смеси и процентный выход. Количество реагирующего вещества считаем по его собственной массе. Теоретический продукт ограничивается обоими реагентами. Фактическую массу выбранного продукта получаем после поправки на его содержание в смеси.

Предскажите

Предскажите, можно ли принять все 13,25 г за Na₂CO₃ и все 8,00 г за NaCl. Достаточно ли 0,150 mol HCl для полного превращения 0,100 mol карбоната? Назовите нужное отношение, ещё не вычисляя массу соли.

Исследуйте или разберите данные

Используйте M(Na₂CO₃)=106 и M(NaCl)=58,5 g/mol. Даны именно 0,150 mol вещества HCl, а не масса или объём его раствора. Инертность примеси — условие вымышленной модели, не утверждение о любой неизвестной примеси. Состав отчёта уже установлен независимым анализом.

Разобранный пример

Масса Na₂CO₃ равна 13,25×0,80=10,60 г, n=0,100 mol. Сравниваем 0,100/1 и 0,150/2=0,0750 mol: ограничивает HCl. Теоретически n(NaCl)=2×0,0750=0,150 mol, m=8,775 г. Фактически NaCl: 8,00×0,8775=7,020 г. Выход 7,020/8,775×100%=80,0%.

Где легко ошибиться

Ошибка: считать выход 8,00/8,775 или ограничивать его всем карбонатом. В принятой модели остаётся 0,100−0,0750=0,0250 mol Na₂CO₃, то есть 2,65 г, помимо исходной инертной примеси. Эти остатки не нужно называть массой чистой соли. По выходу нельзя определить единственную причину потерь.

Перенос в новый случай

Новый отчёт: 6,625 г исходного образца с теми же 80% Na₂CO₃; HCl теперь 0,200 mol. Получено 5,00 г смеси, содержащей 93,6% NaCl. Найдите ограничивающий реагент, теоретическую и фактическую массу NaCl и процентный выход. Для дополнительной проверки найдите количество оставшегося HCl.

Ответ и проверка памяти

Проверка: Na₂CO₃ 5,30 г = 0,0500 mol, он ограничивает; теоретически NaCl 0,100 mol = 5,85 г. Фактически 5,00×0,936=4,68 г; выход 80%. HCl остаётся 0,100 mol в идеальной модели. Закройте ответы и повторите каждый переход с единицами; следующий блок перейдёт к воде и растворам.

Задание

Почему в основном деле HCl ограничивает? Являются ли 8,00 г чистой солью? Что означает 80%?

Ответы

Когда вернуться

Закройте страницу и через 10 минут воспроизведите карту, определите термины своими словами и решите новый случай. Через сутки и через неделю повторите без подсказки. Если ошибка осталась, вернитесь к разобранному примеру и запишите, какой шаг был пропущен.

Источники и границы

• OpenStax: reaction stoichiometry
• OpenStax: limiting reactants and yields

Почему полученная масса отличается от расчётной?