Номер 7, страница 235 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

*7. Смесь оксидов калия, магния и алюминия массой 7,6 г прореагировала с избытком раствора серной кислоты. При этом образовалось 19,6 г смеси сульфатов. Найдите массу образовавшейся воды.

Дано:

$m(смеси\ оксидов) = 7,6\ г$

$m(смеси\ сульфатов) = 19,6\ г$

Найти:

$m(H_2O) - ?$

Решение:

Запишем уравнения реакций взаимодействия оксидов калия ($K_2O$), магния ($MgO$) и алюминия ($Al_2O_3$) с избытком серной кислоты ($H_2SO_4$):

$K_2O + H_2SO_4 \rightarrow K_2SO_4 + H_2O$

$MgO + H_2SO_4 \rightarrow MgSO_4 + H_2O$

$Al_2O_3 + 3H_2SO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3H_2O$

В ходе этих реакций происходит замещение атомов кислорода в оксидах на сульфатные группы ($SO_4^{2-}$) из серной кислоты. При этом атомы кислорода из оксидов соединяются с атомами водорода из кислоты, образуя воду. Таким образом, масса смеси увеличивается за счет того, что каждый атом кислорода ($O$) заменяется на сульфатную группу ($SO_4$).

Найдем разницу в массе между смесью сульфатов и исходной смесью оксидов:

$\Delta m = m(сульфатов) - m(оксидов) = 19,6\ г - 7,6\ г = 12,0\ г$

Эта разница масс обусловлена заменой всех атомов кислорода в оксидах на сульфатные группы. Пусть $n$ — общее количество вещества (моль) атомов кислорода в исходной смеси оксидов. Тогда количество вещества сульфатных групп, заместивших кислород, также равно $n$.

Разницу масс можно выразить через количество вещества $n$ и молярные массы атомарного кислорода $M(O)$ и сульфатной группы $M(SO_4)$:

$\Delta m = n \cdot M(SO_4) - n \cdot M(O) = n \cdot (M(SO_4) - M(O))$

Рассчитаем молярные массы (используя округленные атомные массы: $S \approx 32\ г/моль, O \approx 16\ г/моль$):

$M(O) = 16 \ г/моль$

$M(SO_4) = M(S) + 4 \cdot M(O) = 32 + 4 \cdot 16 = 96 \ г/моль$

Подставим известные значения в уравнение и найдем $n$:

$12,0\ г = n \cdot (96\ г/моль - 16\ г/моль)$

$12,0\ г = n \cdot 80\ г/моль$

$n = \frac{12,0\ г}{80\ г/моль} = 0,15\ моль$

Из уравнений реакций видно, что из каждого атома кислорода в оксидах образуется одна молекула воды. Следовательно, количество вещества образовавшейся воды $n(H_2O)$ равно общему количеству вещества атомов кислорода в оксидах:

$n(H_2O) = n = 0,15\ моль$

Теперь можем найти массу образовавшейся воды, зная ее молярную массу ($H \approx 1\ г/моль, O \approx 16\ г/моль$):

$M(H_2O) = 2 \cdot M(H) + M(O) = 2 \cdot 1 + 16 = 18\ г/моль$

$m(H_2O) = n(H_2O) \cdot M(H_2O) = 0,15\ моль \cdot 18\ г/моль = 2,7\ г$

Ответ: масса образовавшейся воды составляет 2,7 г.