При сплавлении природного известняка массой 150 г с оксидом кремния (IV) образовался силикат кальция массой 145 г. Определите массовую долю карбоната в природном известняке.

Для решения задачи нужно сначала понять, что происходит при сплавлении природного известняка с оксидом кремния (IV). Природный известняк в основном состоит из карбоната кальция (CaCO₃). При нагревании карбонат кальция разлагается, образуя оксид кальция (CaO) и углекислый газ (CO₂):

$\text{CaCO₃} \rightarrow \text{CaO} + \text{CO₂}$

Когда известняк взаимодействует с оксидом кремния (SiO₂), образуется силикат кальция (CaSiO₃). Реакция может быть записана так:

$\text{CaO} + \text{SiO₂} \rightarrow \text{CaSiO₃}$

Для определения массовой доли карбоната кальция в исходном известняке, воспользуемся следующим методом.

1. Определение массы оксида кальция, который образуется из карбоната кальция:

Сначала найдем, сколько оксида кальция образуется в результате разложения карбоната кальция. Из условия задачи известно, что в результате реакции образуется силикат кальция массой 145 г. Все количество силикатов кальция должно быть получено из оксида кальция, который, в свою очередь, образуется из карбоната кальция.

2. Молекулярные массы веществ:

• Молекулярная масса CaCO₃ (карбонат кальция) = 40 + 12 + 3(16) = 100 г/моль.

• Молекулярная масса CaO (оксид кальция) = 40 + 16 = 56 г/моль.

• Молекулярная масса CaSiO₃ (силикат кальция) = 40 + 28 + 3(16) = 132 г/моль.

3. Соотношение масс между CaCO₃ и CaO:

Из одного моля карбоната кальция (CaCO₃) получается один моль оксида кальция (CaO). Таким образом, масса CaO, образующаяся из 100 г CaCO₃, составляет 56 г.

4. Масса оксида кальция в силикате кальция:

Масса силикатов кальция, образующихся из оксида кальция, равна 145 г. С учетом молекулярных масс CaO и CaSiO₃, можно вычислить, сколько массы оксида кальция потребовалось для образования 145 г силикатов кальция.

Так как 56 г CaO дают 132 г CaSiO₃, то для 145 г CaSiO₃ потребуется:

5. Масса карбоната кальция в исходном известняке:

Теперь, зная, что 60,67 г CaO образуется из некоторого количества CaCO₃, можно найти массу CaCO₃. Из 100 г CaCO₃ получается 56 г CaO, соответственно для 60,67 г CaO потребуется:

6. Массовая доля карбоната кальция в известняке:

Теперь можно найти массовую долю карбоната кальция в исходном известняке. Известно, что масса известняка составляет 150 г, а масса CaCO₃ — 108,24 г. Массовая доля карбоната кальция будет:

Ответ: массовая доля карбоната кальция в природном известняке составляет 72,16%.