Номер 3, страница 43, часть 2 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

3. Определите массовую долю серной кислоты в растворе, полученном растворением 20 г 10%-ного олеума в 40 г 20%-ной серной кислоты.

Ответ: $ \omega(\text{H}_2\text{SO}_4 \text{ в получ. растворе}) = 47,4\% $

Дано:

Масса 10%-ного олеума, $m_{олеум} = 20$ г

Массовая доля свободного $SO_3$ в олеуме, $ω(SO_3) = 10\% = 0.1$

Масса 20%-ной серной кислоты, $m_{р-р_1} = 40$ г

Массовая доля $H_2SO_4$ в растворе, $ω_1(H_2SO_4) = 20\% = 0.2$

Найти:

Массовую долю серной кислоты в конечном растворе, $ω_{конечн.}(H_2SO_4)$

Решение:

Олеум представляет собой раствор оксида серы(VI) ($SO_3$) в безводной серной кислоте ($H_2SO_4$). При его растворении в водном растворе серной кислоты, свободный $SO_3$ реагирует с водой, образуя дополнительное количество $H_2SO_4$.

1. Определим массу свободного оксида серы(VI) и массу серной кислоты в 20 г олеума.

Масса свободного $SO_3$:

$m(SO_3) = m_{олеум} \cdot ω(SO_3) = 20 \text{ г} \cdot 0.1 = 2 \text{ г}$

Масса $H_2SO_4$ в олеуме:

$m_1(H_2SO_4) = m_{олеум} - m(SO_3) = 20 \text{ г} - 2 \text{ г} = 18 \text{ г}$

2. Определим массу серной кислоты и массу воды в 40 г 20%-ного раствора $H_2SO_4$.

Масса $H_2SO_4$ в исходном растворе:

$m_2(H_2SO_4) = m_{р-р_1} \cdot ω_1(H_2SO_4) = 40 \text{ г} \cdot 0.2 = 8 \text{ г}$

Масса воды в исходном растворе:

$m(H_2O) = m_{р-р_1} - m_2(H_2SO_4) = 40 \text{ г} - 8 \text{ г} = 32 \text{ г}$

3. Свободный оксид серы(VI) из олеума реагирует с водой из раствора серной кислоты с образованием новой порции $H_2SO_4$.

Уравнение реакции:

$SO_3 + H_2o \rightarrow H_2SO_4$

4. Рассчитаем массу серной кислоты, которая образуется в результате этой реакции. Для этого используем молярные массы веществ.

$M(SO_3) = 32.06 + 3 \cdot 16.00 = 80.06 \text{ г/моль}$

$M(H_2SO_4) = 2 \cdot 1.01 + 32.06 + 4 \cdot 16.00 = 98.08 \text{ г/моль}$

Составим пропорцию по уравнению реакции: из 80.06 г $SO_3$ образуется 98.08 г $H_2SO_4$. Тогда из 2 г $SO_3$ образуется $\text{x}$ г $H_2SO_4$.

$x = m_3(H_2SO_4) = \frac{m(SO_3) \cdot M(H_2SO_4)}{M(SO_3)} = \frac{2 \text{ г} \cdot 98.08 \text{ г/моль}}{80.06 \text{ г/моль}} \approx 2.45 \text{ г}$

5. Найдем общую массу серной кислоты в конечном растворе. Она складывается из кислоты, которая была в олеуме, кислоты из исходного раствора и кислоты, образовавшейся в ходе реакции.

$m_{общ.}(H_2SO_4) = m_1(H_2SO_4) + m_2(H_2SO_4) + m_3(H_2SO_4) = 18 \text{ г} + 8 \text{ г} + 2.45 \text{ г} = 28.45 \text{ г}$

6. Общая масса конечного раствора равна сумме масс исходного олеума и исходного раствора серной кислоты.

$m_{конечн. р-ра} = m_{олеум} + m_{р-р_1} = 20 \text{ г} + 40 \text{ г} = 60 \text{ г}$

7. Теперь можно определить массовую долю серной кислоты в полученном растворе.

$ω_{конечн.}(H_2SO_4) = \frac{m_{общ.}(H_2SO_4)}{m_{конечн. р-ра}} \cdot 100\% = \frac{28.45 \text{ г}}{60 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 47.417\%$

Округляя до десятых, получаем 47,4%.

Ответ: массовая доля серной кислоты в полученном растворе составляет 47,4%.