Номер 107, страница 204 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.107. Через 300 г 5%-го раствора гидроксида натрия пропустили 20 г сероводорода. Найдите массовые доли веществ в полученном растворе.

Дано:

$m_{р-ра(NaOH)} = 300 \text{ г} = 0.3 \text{ кг}$
$\omega_{(NaOH)} = 5\% = 0.05$
$m_{(H_2S)} = 20 \text{ г} = 0.02 \text{ кг}$

Найти:

$\omega_{конечн.}(веществ) - ?$

Решение:

1. Определим массу гидроксида натрия в исходном растворе. Она рассчитывается по формуле:

$m_{вещества} = m_{раствора} \cdot \omega_{вещества}$

$m_{(NaOH)} = 300 \text{ г} \cdot 0.05 = 15 \text{ г}$

2. Рассчитаем количество вещества (в молях) для каждого из реагентов.

Молярная масса гидроксида натрия $(NaOH)$: $M_{(NaOH)} = 23 + 16 + 1 = 40 \text{ г/моль}$.

Молярная масса сероводорода $(H_2S)$: $M_{(H_2S)} = 2 \cdot 1 + 32 = 34 \text{ г/моль}$.

Количество вещества $NaOH$:

$n_{(NaOH)} = \frac{m_{(NaOH)}}{M_{(NaOH)}} = \frac{15 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} = 0.375 \text{ моль}$

Количество вещества $H_2S$:

$n_{(H_2S)} = \frac{m_{(H_2S)}}{M_{(H_2S)}} = \frac{20 \text{ г}}{34 \text{ г/моль}} \approx 0.588 \text{ моль}$

3. Сероводород является двухосновной кислотой и может реагировать с гидроксидом натрия с образованием либо средней соли (сульфида натрия), либо кислой соли (гидросульфида натрия), в зависимости от молярного соотношения реагентов.

Реакция с образованием средней соли (избыток щелочи):

$2NaOH + H_2S \rightarrow Na_2S + 2H_2O$ (соотношение $n_{(NaOH)}:n_{(H_2S)} = 2:1$)

Реакция с образованием кислой соли (избыток кислоты):

$NaOH + H_2S \rightarrow NaHS + H_2O$ (соотношение $n_{(NaOH)}:n_{(H_2S)} = 1:1$)

Найдем фактическое молярное соотношение реагентов:

$\frac{n_{(H_2S)}}{n_{(NaOH)}} = \frac{0.588 \text{ моль}}{0.375 \text{ моль}} \approx 1.57$

Поскольку соотношение больше, чем 1:1, сероводород находится в избытке. Это означает, что весь гидроксид натрия прореагирует с образованием кислой соли — гидросульфида натрия $(NaHS)$, и в растворе останется избыток сероводорода.

4. Дальнейшие расчеты ведем по веществу, находящемуся в недостатке, то есть по $NaOH$. Реакция протекает по уравнению:

$NaOH + H_2S \rightarrow NaHS + H_2O$

Из уравнения реакции следует, что $n_{(NaOH)} = n_{прореаг.(H_2S)} = n_{(NaHS)}$.

Следовательно, образовалось $0.375$ моль $NaHS$ и прореагировало $0.375$ моль $H_2S$.

5. Найдем массу образовавшегося гидросульфида натрия $NaHS$.

Молярная масса $NaHS$: $M_{(NaHS)} = 23 + 1 + 32 = 56 \text{ г/моль}$.

$m_{(NaHS)} = n_{(NaHS)} \cdot M_{(NaHS)} = 0.375 \text{ моль} \cdot 56 \text{ г/моль} = 21 \text{ г}$

6. Рассчитаем массу избыточного сероводорода, оставшегося в растворе.

Количество вещества избыточного $H_2S$:

$n_{изб.(H_2S)} = n_{исх.(H_2S)} - n_{прореаг.(H_2S)} = (\frac{20}{34} - 0.375) \text{ моль} \approx (0.5882 - 0.375) \text{ моль} \approx 0.2132 \text{ моль}$

Масса избыточного $H_2S$:

$m_{изб.(H_2S)} = m_{исх.(H_2S)} - m_{прореаг.(H_2S)} = 20 \text{ г} - (0.375 \text{ моль} \cdot 34 \text{ г/моль}) = 20 \text{ г} - 12.75 \text{ г} = 7.25 \text{ г}$

7. Найдем общую массу конечного раствора. По закону сохранения массы, она равна сумме масс исходного раствора и добавленного сероводорода.

$m_{конечн. р-ра} = m_{р-ра(NaOH)} + m_{(H_2S)} = 300 \text{ г} + 20 \text{ г} = 320 \text{ г}$

8. Теперь можем найти массовые доли веществ в полученном растворе. Веществами, определяющими состав раствора (кроме воды), являются $NaHS$ и избыточный $H_2S$.

Массовая доля гидросульфида натрия:

$\omega_{(NaHS)} = \frac{m_{(NaHS)}}{m_{конечн. р-ра}} = \frac{21 \text{ г}}{320 \text{ г}} = 0.065625$

В процентах: $\omega_{(NaHS)} = 0.065625 \cdot 100\% = 6.5625\%$

Массовая доля сероводорода:

$\omega_{(H_2S)} = \frac{m_{изб.(H_2S)}}{m_{конечн. р-ра}} = \frac{7.25 \text{ г}}{320 \text{ г}} = 0.02265625$

В процентах: $\omega_{(H_2S)} = 0.02265625 \cdot 100\% \approx 2.27\%$

Ответ: массовая доля гидросульфида натрия $(NaHS)$ в полученном растворе составляет $6.5625\%$, а массовая доля сероводорода $(H_2S)$ — $2.265625\%$ (или примерно $2.27\%$).