Задача 4 (20 баллов) На первой, второй и четвертой стадиях цепочки необходимо добавить некоторые навески чистых веществ, по одному на стадию. Простое вещество А, добавляемое к магнию на пятой стадии цепочки, получают нагреванием раствора, содержащего хлорид аммония и нитрит натрия. a. 24,6 г MgSO4.7H2O +? насыщенный раствор MgSO4 выпаривание, +? раствор прокаливание т, г+? Mg(NO3)2 w=x% MgO m2 r + изб. А конечный продукт 800°С (массой маг Mg Предложите формулы веществ, которые нужно добавить на первой, второй и четвертой стадиях цепочки, а также рассчитайте массы их навесок. Считайте, что все реакции идут со 100%-ным выходом, а растворимость сульфата магния составляет 35 г на 100 г воды. b. Приведите формулу и название конечного продукта. Приведите уравнения всех Рассчитайте значения массовой доли, обозначенной х, а также масс, реакций, упомянутых в задаче. c. обозначенных т₁, т₂ и т₃, исходя из вашего ответа на предыдущие пункты. d. Приведите уравнение реакции взаимодействия конечного продукта с соляной кислотой.

a. Предложите формулы веществ, которые нужно добавить на первой, второй и четвертой стадиях цепочки, а также рассчитайте массы их навесок.

1. Первая стадия: Получение насыщенного раствора MgSO₄.
   • Дано: 24.6 г MgSO₄·7H₂O. Растворимость MgSO₄ - 35 г на 100 г воды.
   • Определим массу безводного MgSO₄ в 24.6 г MgSO₄·7H₂O: \[ M(MgSO_4 \cdot 7H_2O) = 24 + 32 + 4 \cdot 16 + 7 \cdot 18 = 246 \text{ г/моль} \] \[ M(MgSO_4) = 24 + 32 + 4 \cdot 16 = 120 \text{ г/моль} \] \[ m(MgSO_4) = \frac{24.6 \cdot 120}{246} = 12 \text{ г} \]
   • Масса воды в 24.6 г MgSO₄·7H₂O: \[ m(H_2O) = 24.6 - 12 = 12.6 \text{ г} \]
   • В 100 г воды растворяется 35 г MgSO₄. В 12.6 г воды растворится: \[ \frac{35 \cdot 12.6}{100} = 4.41 \text{ г} \]
   • Следовательно, 12 г MgSO₄ не могут раствориться в 12.6 г воды, необходимо увеличить количество воды.
   • Пусть x г воды нужно добавить, чтобы получить насыщенный раствор: \[ \frac{35}{100} = \frac{12}{12.6 + x} \] \[ 35(12.6 + x) = 12 \cdot 100 \] \[ 441 + 35x = 1200 \] \[ 35x = 759 \] \[ x = 21.69 \text{ г} \]
   • Чтобы получить насыщенный раствор, к 24.6 г MgSO₄·7H₂O нужно добавить 21.69 г воды. Однако, первая стадия - это добавление NaOH для образования Mg(OH)₂.
   • Реакция: MgSO₄ + 2NaOH = Mg(OH)₂ + Na₂SO₄.
   • Определим количество вещества MgSO₄: \[ n(MgSO_4) = \frac{12}{120} = 0.1 \text{ моль} \]
   • Для реакции с 0.1 моль MgSO₄ необходимо 0.2 моль NaOH: \[ M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40 \text{ г/моль} \] \[ m(NaOH) = 0.2 \cdot 40 = 8 \text{ г} \]
   • Однако, необходимо учитывать, что у нас уже есть вода в растворе. Допустим, что весь MgSO₄ перешел в раствор, тогда масса воды 12.6 + 21.69 = 34.29 г.
   • В таком случае, можно использовать NaOH в твердом виде для осаждения Mg(OH)₂. Уточненная масса NaOH - 4 г, чтобы осадить только часть магния в виде гидроксида.
2. Вторая стадия: Получение Mg(NO₃)₂.
   • Для получения Mg(NO₃)₂, необходимо добавить BaCl₂, чтобы осадить сульфат-ионы в виде BaSO₄, а затем добавить HNO₃ для растворения Mg(OH)₂.
   • Реакции:
     • Na₂SO₄ + BaCl₂ = BaSO₄ + 2NaCl
     • Mg(OH)₂ + 2HNO₃ = Mg(NO₃)₂ + 2H₂O
   • Для осаждения сульфат-ионов необходимо: \[ n(Na_2SO_4) = n(MgSO_4) = 0.1 \text{ моль} \] \[ n(BaCl_2) = n(Na_2SO_4) = 0.1 \text{ моль} \] \[ M(BaCl_2) = 137 + 2 \cdot 35.5 = 208 \text{ г/моль} \] \[ m(BaCl_2) = 0.1 \cdot 208 = 20.8 \text{ г} \]
   • Масса BaCl₂, которую нужно добавить - 20.8 г.
3. Четвертая стадия: Превращение MgO в Mg.
   • Для превращения MgO в Mg необходимо добавить Na₂CO₃, чтобы получить MgCO₃, который затем разлагается на MgO.
   • Реакция: MgO + Na₂CO₃ = MgCO₃ + 2NaOH
   • Предположим, что у нас 0.1 моль MgO: \[ n(Na_2CO_3) = n(MgO) = 0.1 \text{ моль} \] \[ M(Na_2CO_3) = 2 \cdot 23 + 12 + 3 \cdot 16 = 106 \text{ г/моль} \] \[ m(Na_2CO_3) = 0.05 \cdot 106 = 5.3 \text{ г} \]
   • Масса Na₂CO₃, которую нужно добавить - 5.3 г.

b. Приведите формулу и название конечного продукта. Приведите уравнения всех реакций, упомянутых в задаче.

• Конечный продукт - Mg(OH)₂, гидроксид магния.
• Уравнения реакций:
  • MgSO₄ + 2NaOH = Mg(OH)₂ + Na₂SO₄
  • Na₂SO₄ + BaCl₂ = BaSO₄ + 2NaCl
  • Mg(OH)₂ + 2HNO₃ = Mg(NO₃)₂ + 2H₂O
  • Mg(NO₃)₂ → MgO + 2NO₂ + O₂
  • MgO + C → Mg + CO

c. Рассчитайте значения массовой доли, обозначенной х, а также масс, обозначенных т₁, т₂ и т₃, исходя из вашего ответа на предыдущие пункты.

• Расчет массовой доли x в растворе Mg(NO₃)₂:
  • Предположим, что у нас 0.1 моль MgSO₄, тогда после реакции с NaOH образуется 0.1 моль Mg(OH)₂.
  • Масса Mg(OH)₂ = 0.1 * (24 + 2 * 17) = 5.8 г.
  • После добавления HNO₃, Mg(OH)₂ превращается в Mg(NO₃)₂.
  • Масса Mg(NO₃)₂ = 0.1 * (24 + 2 * (14 + 3 * 16)) = 14.8 г.
  • Общая масса раствора примерно равна 20 г воды + 14.8 г Mg(NO₃)₂ = 34.8 г.
  • Массовая доля Mg(NO₃)₂ в растворе: x = (14.8 / 20) * 100% = 74%.
• Расчет m₁ (масса MgO):
  • Mg(NO₃)₂ → MgO + 2NO₂ + O₂
  • 0.1 моль Mg(NO₃)₂ дает 0.1 моль MgO.
  • m₁ = 0.1 * (24 + 16) = 0.1 * 40 = 4 г.
• Расчет m₂ (масса Mg):
  • MgO + C → Mg + CO
  • 0.1 моль MgO дает 0.1 моль Mg.
  • m₂ = 0.05 * 24 = 2.4 г. (Допустим что прореагировало лишь 0.05 моль MgO)
• Расчет m₃ (масса конечного продукта):
  • Mg + O₂ → MgO
  • Если 0.05 моль Mg реагирует с кислородом, то образуется 0.05 моль MgO
  • m₃ = 0.05 * (24+16) = 0.05 * 40 = 2 г. (Допустим что образовался оксид магния)
  • Но конечный продукт это гидроксид магния, поэтому необходимо учитывать реакцию с водой: MgO + H₂O = Mg(OH)₂
  • m₃ = 0.05 * (24 + 2*17) = 0.05 * 58 = 2.9 г

d. Приведите уравнение реакции взаимодействия конечного продукта с соляной кислотой.

• Реакция: Mg(OH)₂ + 2HCl = MgCl₂ + 2H₂O