Question

При взаимодействии 300 грамм раствора серной кислоты с карбонатом натрия выделилось 2.24 литра газа. Вычислить массовую долю серной кислоты в исходном растворе.

Answer 1

Массовая доля = 10%.Потому что количество вещества газа = 0.1. моль

Answer 2

Для решения этой задачи, нам необходимо определить количество вещества, которое прореагировало при взаимодействии раствора серной кислоты с карбонатом натрия, а затем вычислить массовую долю серной кислоты в исходном растворе.

1. Найдем количество вещества газа, выделившегося в результате реакции:

Мы знаем, что объем газа составил 2.24 литра (2.24 dm³). Однако, чтобы вычислить количество вещества, нам нужно перевести объем газа в условия стандартных условий (нормальные условия, Н.У.), где температура составляет 0°C (273.15 К) и давление 1 атмосфера (101.325 кПа или 760 мм рт. ст.).

По уравнению состояния идеального газа (уравнение Клапейрона):

$PV = nRT$

где P - давление, V - объем, n - количество вещества, R - универсальная газовая постоянная (0.0821 латм/(Кмоль)), T - температура в Кельвинах.

Переведем объем газа в условия Н.У.: $V_{\text{Н.У.}} = \frac{2.24 \text{ л} \times 273.15 \text{ К}}{273.15 \text{ К} + t}$ $V_{\text{Н.У.}} = \frac{2.24 \text{ л} \times 273.15 \text{ К}}{273.15 \text{ К} + 25 \text{ °C}} \approx 2.21 \text{ л}$

2. Теперь найдем количество вещества газа в условиях Н.У.: $n = \frac{PV}{RT}$ $n = \frac{1 \text{ атмосфера} \times 2.21 \text{ л}}{0.0821 \text{ л*атм/(К*моль)} \times 273.15 \text{ К}} \approx 0.098 \text{ моль}$

3. Реакция между серной кислотой (H2SO4) и карбонатом натрия (Na2CO3) происходит по следующему уравнению:

$H2SO4 + Na2CO3 -> Na2SO4 + CO2 + H2O$

В этом уравнении соотношение между серной кислотой и образовавшимся газом (CO2) равно 1:1, так как в молекуле H2SO4 две кислородные группы (O) и две гидрогенные группы (H) реагируют с одной молекулой Na2CO3, образуя одну молекулу CO2.

4. Найдем количество вещества серной кислоты (H2SO4), которое реагировало: $n_{\text{H2SO4}} = 0.098 \text{ моль CO2}$

Так как соотношение между H2SO4 и CO2 равно 1:1, количество вещества H2SO4 также равно 0.098 моль.

5. Найдем массу серной кислоты (H2SO4), которая реагировала: Масса = количество вещества x молярная масса. Молярная масса H2SO4 = 2 * масса атома H + масса атома S + 4 * масса атомов O. Масса атома H = 1 г/моль, масса атома S = 32.06 г/моль, масса атома O = 16 г/моль.

$\text{Молярная масса H2SO4} = 2 * 1 + 32.06 + 4 * 16 \approx 98.08 \text{ г/моль}$ $\text{Масса H2SO4} = 0.098 \text{ моль} \times 98.08 \text{ г/моль} \approx 9.62 \text{ г}$

6. Теперь вычислим массовую долю серной кислоты в исходном растворе:

Массовая доля = (Масса H2SO4 / Масса исходного раствора) * 100%

Масса исходного раствора = 300 г

$\text{Массовая доля H2SO4} = \frac{9.62 \text{ г}}{300 \text{ г}} \times 100\% \approx 3.21\%$

Таким образом, массовая доля серной кислоты в исходном растворе составляет около 3.21%.