Химия

Напишем уравнение реакции сплавления кремнезема с карбонатом калия:

$SiO_{2} + K_{2}CO_{3} = CO_{2} \uparrow + K_{2}SiO_{3}$.

Рассчитаем количество вещества кремнезема, углекислого газа и массу твердого продукта реакции:

$n(SiO_{2}) = \frac{12 г}{60 г/моль} = 0,2 моль$;
$n(CO_{2}) = n(SiO_{2}) = 0,2 моль$;
$n(K_{2}SiO_{3}) = n(SiO_{2}) = 0,2 моль$;
$m(K_{2}SiO_{3}) = 0,2 моль \cdot 154 г/моль = 30,8 г$.

Рассчитаем количество вещества гидроксида натрия:

$m(р-ра) = 100 мл \cdot 1,11 г/мл = 111 г$;
$m(NaOH) = 111 г \cdot 0,1 = 11,1 г$;
$n(NaOH) = \frac{11,1 г}{40 г/моль} = 0,2775 моль$.

При пропускании углекислого газа через раствор щелочи может образоваться как кислая, так и средняя соль:

$NaOH + CO_{2} = NaHCO_{3}$; (1)
$2NaOH + CO_{2} = Na_{2}CO_{3} + H_{2}O$. (2)

По уравнению (1) $n(NaOH) : n(CO_{2}) = 1 : 1$; следовательно, $NaOH$ в избытке:

$n_{изб}(NaOH) = 0,2775 моль - 0,2 моль = 0,0775 моль$.

Найдем количество вещества образующейся соли:

$n(NaHCO_{3}) = n(CO_{2}) = 0,2 моль$.

Так как щелочь в избытке, то часть кислой соли прореагирует с избыточным количеством гидроксида натрия с образованием средней соли:

$NaHCO_{3} + NaOH = Na_{2}CO_{3} + H_{2}O$. (3)

Найдем количество вещества образующейся средней соли и оставшейся кислой соли:

$n(Na_{2}CO_{3}) = n_{изб}(NaOH) = 0,0775 моль$;
$n(NaHCO_{3}) = 0,2 моль - 0,0775 моль = 0,1225 моль$.

При кипячении раствора гидрокарбонат натрия превращается в карбонат:

$2NaHCO_{3} = Na_{2}CO_{3} + CO_{2} + H_{2}O$.

Вычислим общее количество вещества карбоната натрия в растворе после кипячения:

$n_{общ}(Na_{2}CO_{3}) = 0,0775 моль + \frac{0,1225}{2} моль = 0,13875 моль$.

При осторожном упаривании раствора досуха образуется кристаллогидрат $Na_{2}CO_{3} \cdot 10H_{2}O$:

$n(Na_{2}CO_{3} \cdot 10H_{2}O) = 0,13875 моль$;
$m(Na_{2}CO_{3} \cdot 10H_{2}O) = 286 г/моль \cdot 0,13875 моль = 39,68 г$.
Ответ: $m(K_{2}SiO_{3}) = 30,8 г; n(Na_{2}CO_{3}) = 0,0775 моль; n(NaHCO_{3}) = 0,1225 моль; m(Na_{2}CO_{3} \cdot 10H_{2}O) = 39,68 г$.