G1 là một muối cacbonat trung hòa ngậm nước của một kim loại hóa trị I, là thành phần chính của khoáng vật thermonatrite được tìm thấy ở những vùng khí hậu khô cằn, trên bề mặt hoặc trong các hốc núi lửa. Hòa tan 44,64 gam G1 trong 100 gam nước ở 80ºC, sau đó làm lạnh xuống 20ºC thu được 65,78 gam tinh thể G2 (có khối lượng mol phân tử nhỏ hơn 350 g/mol) và dung dịch K1. Khi thêm từ từ 25 ml dung dịch axit clohidric 36% (khối lượng riêng 1,18 g/ml) vào dung dịch K1 thu được 102,64 gam dung dịch K2. Cho bay hơi đến khô dung dịch K2 thu được 15,21 gam chất rắn G3.
a. Biện luận các trường hợp có thể xảy ra trong điều kiện bài toán để xác định công thức hóa học của G1, G2 và thành phần các chất trong G3, K1, K2.
b. Hòa tan 5,456 gam G1 vào 100 gam nước thì nhiệt độ dung dịch tăng lên 1,05°C. Hòa tan 4,004 gam G2 vào 200 gam nước thì nhiệt độ dung dịch giảm đi 1,08°C. Tính lượng nhiệt (quy về kJ/mol) kèm theo quá trình hòa tan G1 và G2 trong điều kiện đã cho. Giả sử nhiệt dung riêng của các dung dịch tạo thành bằng nhiệt dung riêng của nước 4,18 J/g.độ.
Câu trả lời tốt nhất
mK1 = 44,64 + 100 – 65,78 = 78,86 gam
mddHCl = 25.1,18 = 29,5 gam;
nHCl = 29,5.36%/36,5 = 0,291
nCO2 = (78,86 + 29,5 – 102,64)/44 = 0,13
nHCl > 2nCO2 nên HCl dư —> Phản ứng là:
M2CO3 + 2HCl —> 2MCl + CO2 + H2O
—> G3 là MCl (0,13.2 = 0,26 mol)
MG3 = M + 35,5 = 15,21/0,26 —> M = 23: M là Na
G3 là NaCl.
Dung dịch K1 chứa Na2CO3 (0,13 mol)
Dung dịch K2 chứa NaCl và HCl dư.
G1 là Na2CO3.xH2O; G2 là Na2CO3.yH2O
nG2 > 65,78/350 = 0,188
—> nG1 = nG2 + nNa2CO3 (trong K1) > 0,318
—> 44,64/(18x + 106) > 0,318 —> x < 1,91
—> x = 1 là nghiệm duy nhất
Vậy G1 là Na2CO3.H2O (0,36 mol)
—> nG2 = nG1 – nNa2CO3 (trong K1) = 0,23
—> 18y + 106 = 65,78/0,23 —> y = 10
Vậy G2 là Na2CO3.10H2O (0,23 mol)
b.
5,456 gam G1 + 100 gam nước thì tăng 1,05°C
nG1 = 5,456/124 = 0,044 mol
Nhiệt tỏa ra = (100 + 5,456).1,05.4,18 = 462,85J
Tỉ lệ: Hòa tan 0,044 mol G1 tỏa ra 462,85J
—> Hòa tan 1 mol G1 tỏa ra 10519J = 10,519 kJ
Vậy lượng nhiệt tỏa ra khi hòa tan G1 là 10,519 kJ/mol
4,004 gam G2 + 200 gam nước thì giảm 1,08°C
nG2 = 4,004/286 = 0,014 mol
Nhiệt thu vào = (200 + 4,004).1,08.4,18 = 921J
Tỉ lệ: Hòa tan 0,014 mol G2 thu vào 921J
—> Hòa tan 1 mol G2 thu vào 6578,6J = 6,5786 kJ
Vậy lượng nhiệt thu vào khi hòa tan G2 là 6,5786 kJ/mol