6. Определите, какая соль получится, и рассчитайте её массу, если через 100 мл раствора, содержащего 0,32 массовой доли, или 32%, гидроксида калия (ρ = 1,32 г/см³), пропустили весь оксид углерода (IV), который образуется при сжигании 18 л метана (н. у.).

Решение:

1. Рассчитаем массу раствора KOH:

\( V_{\text{раствора}} = 100 \text{ мл} = 100 \text{ см}^3 \)

\( m_{\text{раствора}} = V_{\text{раствора}} \times \rho = 100 \text{ см}^3 \times 1,32 \text{ г/см}^3 = 132 \text{ г} \)

2. Рассчитаем массу чистого KOH:

\( m_{\text{KOH}} = m_{\text{раствора}} \times w_{\text{KOH}} = 132 \text{ г} \times 0,32 = 42,24 \text{ г} \)

3. Рассчитаем количество вещества KOH:

M(KOH) = 39 + 16 + 1 = 56 г/моль

\( \nu_{\text{KOH}} = \frac{m_{\text{KOH}}}{M_{\text{KOH}}} = \frac{42,24 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} = 0,754 \text{ моль} \)

4. Рассчитаем количество вещества метана (CH₄):

\( \nu_{\text{CH}_4} = \frac{V_{\text{CH}_4}}{V_m} = \frac{18 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} \approx 0,804 \text{ моль} \)

5. Напишем уравнение реакции сжигания метана:

\( CH_4 + 2O_2 \longrightarrow CO_2 \uparrow + 2H_2O \)

Из уравнения видно, что из 1 моль \( CH_4 \) образуется 1 моль \( CO_2 \). Значит, количество вещества \( CO_2 \) будет равно количеству вещества \( CH_4 \).

\( \nu_{\text{CO}_2} = \nu_{\text{CH}_4} \approx 0,804 \text{ моль} \)

6. Определим, какая соль получится при взаимодействии KOH и CO₂.

Возможны две реакции в зависимости от соотношения реагентов:

а) Образование карбоната калия (K₂CO₃) — если \( CO_2 \) меньше, чем \( KOH \) или в мольном соотношении 1:1.

\( 2KOH + CO_2 \longrightarrow K_2CO_3 + H_2O \)

б) Образование гидрокарбоната калия (KHCO₃) — если \( CO_2 \) больше, чем \( KOH \) или в мольном соотношении 1:2.

\( KOH + CO_2 \longrightarrow KHCO_3 \)

У нас \( \nu_{\text{KOH}} \approx 0,754 \text{ моль} \) и \( \nu_{\text{CO}_2} \approx 0,804 \text{ моль} \).

Сравним мольные соотношения:

\( \frac{\nu_{\text{CO}_2}}{\nu_{\text{KOH}}} = \frac{0,804}{0,754} \approx 1,066 \)

Так как соотношение \( CO_2 \) к \( KOH \) близко к 1:1, но немного больше, то большая часть \( CO_2 \) прореагирует с \( KOH \) до образования карбоната, а избыток \( CO_2 \) может дать гидрокарбонат. Однако, в школьных задачах обычно рассматривают преобладающий продукт. При соотношении близком к 1:1, преимущественно образуется средняя соль — карбонат калия, или смесь солей.

Предположим, что образуется карбонат калия (K₂CO₃).

\( 2KOH + CO_2 \longrightarrow K_2CO_3 + H_2O \)

По этому уравнению, \( \nu_{\text{KOH}} = 2 \nu_{\text{CO}_2} \) для полного образования \( K_2CO_3 \). У нас \( \nu_{\text{KOH}} > 2 \nu_{\text{CO}_2} \) (0,754 > 2 * 0,804 - неверно, наоборот).

У нас \( \nu_{\text{KOH}} \) = 0,754 моль, \( \nu_{\text{CO}_2} \) = 0,804 моль. Соотношение \( \frac{KOH}{CO_2} = \frac{0,754}{0,804} \approx 0.938 \). Это меньше 1, что говорит о том, что \( CO_2 \) в избытке по отношению к \( KOH \) для образования K₂CO₃ (где нужно 2 моль KOH на 1 моль CO₂).

При таком соотношении (KOH < 2CO₂) образуется гидрокарбонат калия (KHCO₃).

\( KOH + CO_2 \longrightarrow KHCO_3 \)

В этом случае, \( \nu_{\text{KOH}} = \nu_{\text{CO}_2} \) для полного образования \( KHCO_3 \).

У нас \( \nu_{\text{KOH}} = 0,754 \text{ моль} \) и \( \nu_{\text{CO}_2} = 0,804 \text{ моль} \).

\( CO_2 \) в небольшом избытке. Значит, весь \( KOH \) прореагирует, образуя \( KHCO_3 \).

7. Рассчитаем массу образовавшегося гидрокарбоната калия (KHCO₃):

M(KHCO₃) = 39 + 1 + 12 + 3*16 = 39 + 1 + 12 + 48 = 100 г/моль

Масса образовавшегося \( KHCO_3 \) будет определяться количеством вещества \( KOH \), так как \( CO_2 \) в избытке.

\( m_{\text{KHCO}_3} = \nu_{\text{KOH}} \times M_{\text{KHCO}_3} = 0,754 \text{ моль} \times 100 \text{ г/моль} = 75,4 \text{ г} \)

Ответ: Образуется гидрокарбонат калия (KHCO₃), массой 75,4 г.