Номер 3, страница 98, часть 2 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

•3. Рассчитайте массовую долю выхода продукта (в %) от теоретически возможного, если при взаимодействии 980 г 15%-го раствора серной кислоты с 280 г раствора гидроксида калия было получено 65,25 г сульфата калия.

Ответ: 0,25%.

Дано:

$m(\text{р-ра } H_2SO_4) = 980 \text{ г}$

$\omega(H_2SO_4) = 15\% = 0,15$

$m(\text{р-ра } KOH) = 280 \text{ г}$

$m_{\text{практ.}}(K_2SO_4) = 65,25 \text{ г}$

Найти:

$\eta(K_2SO_4) - ?$

Решение:

В условии задачи не указана массовая доля гидроксида калия (KOH) в его растворе, что делает точное решение невозможным. Наиболее вероятно, в условии допущена опечатка, и под "280 г раствора гидроксида калия" имелась в виду масса чистого вещества, т.е. $m(KOH) = 280 \text{ г}$. Решим задачу исходя из этого предположения.

1. Составим уравнение реакции нейтрализации серной кислоты гидроксидом калия:

$H_2SO_4 + 2KOH \rightarrow K_2SO_4 + 2H_2O$

2. Рассчитаем молярные массы веществ, участвующих в расчетах:

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

$M(KOH) = 39 + 16 + 1 = 56 \text{ г/моль}$

$M(K_2SO_4) = 2 \cdot 39 + 32 + 4 \cdot 16 = 78 + 32 + 64 = 174 \text{ г/моль}$

3. Найдем массу чистой серной кислоты в растворе и ее количество вещества (в молях):

$m(H_2SO_4) = m(\text{р-ра } H_2SO_4) \cdot \omega(H_2SO_4) = 980 \text{ г} \cdot 0,15 = 147 \text{ г}$

$\nu(H_2SO_4) = \frac{m(H_2SO_4)}{M(H_2SO_4)} = \frac{147 \text{ г}}{98 \text{ г/моль}} = 1,5 \text{ моль}$

4. Найдем количество вещества гидроксида калия:

$\nu(KOH) = \frac{m(KOH)}{M(KOH)} = \frac{280 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} = 5 \text{ моль}$

5. Определим, какой из реагентов находится в недостатке (является лимитирующим). Согласно уравнению реакции, реагенты взаимодействуют в соотношении:

$\frac{\nu(H_2SO_4)}{\nu(KOH)} = \frac{1}{2}$

Для реакции с 1,5 моль $H_2SO_4$ требуется $1,5 \cdot 2 = 3$ моль $KOH$. Поскольку в наличии имеется 5 моль $KOH$ ($5 > 3$), гидроксид калия находится в избытке, а серная кислота — в недостатке. Дальнейший расчет теоретического выхода продукта ведется по лимитирующему реагенту ($H_2SO_4$).

6. Рассчитаем теоретически возможную массу сульфата калия ($K_2SO_4$). По уравнению реакции, из 1 моль $H_2SO_4$ образуется 1 моль $K_2SO_4$. Следовательно, из 1,5 моль $H_2SO_4$ образуется 1,5 моль $K_2SO_4$.

$m_{\text{теор.}}(K_2SO_4) = \nu(K_2SO_4) \cdot M(K_2SO_4) = 1,5 \text{ моль} \cdot 174 \text{ г/моль} = 261 \text{ г}$

7. Рассчитаем массовую долю выхода продукта (η) как отношение практической массы к теоретической:

$\eta = \frac{m_{\text{практ.}}}{m_{\text{теор.}}} \cdot 100\%$

$\eta(K_2SO_4) = \frac{65,25 \text{ г}}{261 \text{ г}} \cdot 100\% = 0,25 \cdot 100\% = 25\%$

Примечание: Ответ "0,25%", указанный на изображении, вероятнее всего, является опечаткой и должен быть "25%".

Ответ: 25%.