Номер 125, страница 205 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.125. В 92 г 10,7%-й серной кислоты растворили 8 г серного ангидрида. Найдите массовую долю серной кислоты в конечном растворе.

Дано:

$m_{\text{р-ра1}} = 92 \text{ г}$ (масса исходного раствора серной кислоты)
$w_1(H_2SO_4) = 10.7\% = 0.107$ (массовая доля серной кислоты в исходном растворе)
$m(SO_3) = 8 \text{ г}$ (масса добавленного серного ангидрида)

Для решения данной задачи перевод в систему СИ не требуется, так как массовая доля является безразмерной величиной, и все расчеты удобно проводить в граммах.

Найти:

$w_{\text{кон}}(H_2SO_4)$ — массовую долю серной кислоты в конечном растворе.

Решение:

При растворении серного ангидрида ($SO_3$) в водном растворе серной кислоты он вступает в реакцию с водой, что приводит к образованию дополнительного количества серной кислоты. Уравнение этой химической реакции выглядит следующим образом:

$SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$

1. Сначала определим массу серной кислоты, которая содержалась в исходном растворе:

$m_1(H_2SO_4) = m_{\text{р-ра1}} \cdot w_1(H_2SO_4) = 92 \text{ г} \cdot 0.107 = 9.844 \text{ г}$

2. Рассчитаем молярные массы серного ангидрида и серной кислоты, используя относительные атомные массы элементов из периодической таблицы (H ≈ 1, S ≈ 32, O ≈ 16):

$M(SO_3) = 32 + 3 \cdot 16 = 80 \text{ г/моль}$

$M(H_2SO_4) = 2 \cdot 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 98 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества (в молях) добавленного серного ангидрида ($SO_3$):

$n(SO_3) = \frac{m(SO_3)}{M(SO_3)} = \frac{8 \text{ г}}{80 \text{ г/моль}} = 0.1 \text{ моль}$

4. Из уравнения реакции следует, что стехиометрическое соотношение между $SO_3$ и $H_2SO_4$ составляет 1:1. Это означает, что из 0.1 моль серного ангидрида образуется 0.1 моль серной кислоты:

$n_{\text{обр}}(H_2SO_4) = n(SO_3) = 0.1 \text{ моль}$

5. Вычислим массу серной кислоты, образовавшейся в ходе реакции:

$m_{\text{обр}}(H_2SO_4) = n_{\text{обр}}(H_2SO_4) \cdot M(H_2SO_4) = 0.1 \text{ моль} \cdot 98 \text{ г/моль} = 9.8 \text{ г}$

6. Теперь определим общую массу серной кислоты в конечном растворе. Она равна сумме массы кислоты в исходном растворе и массы кислоты, которая образовалась дополнительно:

$m_{\text{кон}}(H_2SO_4) = m_1(H_2SO_4) + m_{\text{обр}}(H_2SO_4) = 9.844 \text{ г} + 9.8 \text{ г} = 19.644 \text{ г}$

7. Масса конечного раствора будет равна сумме массы исходного раствора и массы добавленного серного ангидрида (по закону сохранения массы):

$m_{\text{кон.р-ра}} = m_{\text{р-ра1}} + m(SO_3) = 92 \text{ г} + 8 \text{ г} = 100 \text{ г}$

8. На последнем этапе рассчитаем искомую массовую долю серной кислоты в конечном растворе по формуле:

$w_{\text{кон}}(H_2SO_4) = \frac{m_{\text{кон}}(H_2SO_4)}{m_{\text{кон.р-ра}}} \cdot 100\% = \frac{19.644 \text{ г}}{100 \text{ г}} \cdot 100\% = 19.644\%$

Ответ: массовая доля серной кислоты в конечном растворе составляет $19.644\%$.