Номер 1090, страница 173 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1090. Какую массу серной кислоты можно получить, подействовав избытком концентрированной азотной кислоты на серу массой 5,62 г?

Дано:

Масса серы $m(\text{S}) = 5,62 \text{ г}$

Концентрированная азотная кислота взята в избытке.

$m(\text{S}) = 5,62 \text{ г} = 0,00562 \text{ кг}$

Найти:

Массу серной кислоты $m(\text{H}_2\text{SO}_4)$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия серы с концентрированной азотной кислотой. Сера, как неметалл, окисляется сильным окислителем (концентрированной азотной кислотой) до кислоты, соответствующей её высшей степени окисления (+6), то есть до серной кислоты ($\text{H}_2\text{SO}_4$). Азотная кислота при этом восстанавливается до диоксида азота ($\text{NO}_2$).

Для расстановки коэффициентов составим метод электронного баланса:

$\text{S}^0 - 6e^- \rightarrow \text{S}^{+6} \quad | \cdot 1$ (окисление, S - восстановитель)

$\text{N}^{+5} + 1e^- \rightarrow \text{N}^{+4} \quad | \cdot 6$ (восстановление, N - окислитель)

Сбалансированное уравнение реакции выглядит следующим образом:

$\text{S} + 6\text{HNO}_3 (\text{конц.}) \rightarrow \text{H}_2\text{SO}_4 + 6\text{NO}_2\uparrow + 2\text{H}_2\text{O}$

2. Рассчитаем молярные массы серы ($\text{S}$) и серной кислоты ($\text{H}_2\text{SO}_4$), используя значения относительных атомных масс из периодической таблицы, округленные до целых чисел: Ar(H)=1, Ar(S)=32, Ar(O)=16.

$M(\text{S}) = 32 \text{ г/моль}$

$M(\text{H}_2\text{SO}_4) = 2 \cdot \text{Ar}(\text{H}) + \text{Ar}(\text{S}) + 4 \cdot \text{Ar}(\text{O}) = 2 \cdot 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 98 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества (число моль) серы, вступившей в реакцию:

$n(\text{S}) = \frac{m(\text{S})}{M(\text{S})} = \frac{5,62 \text{ г}}{32 \text{ г/моль}} = 0,175625 \text{ моль}$

4. Согласно стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции, из 1 моль серы образуется 1 моль серной кислоты. Соотношение количеств веществ $n(\text{S}) : n(\text{H}_2\text{SO}_4) = 1 : 1$. Так как азотная кислота находится в избытке, расчёт ведем по сере, которая является лимитирующим реагентом.

$n(\text{H}_2\text{SO}_4) = n(\text{S}) = 0,175625 \text{ моль}$

5. Рассчитаем массу серной кислоты, которая может быть получена в результате реакции:

$m(\text{H}_2\text{SO}_4) = n(\text{H}_2\text{SO}_4) \cdot M(\text{H}_2\text{SO}_4) = 0,175625 \text{ моль} \cdot 98 \text{ г/моль} = 17,21125 \text{ г}$

Округлим полученное значение до сотых, так как исходная масса дана с точностью до двух знаков после запятой.

Ответ: масса полученной серной кислоты составляет 17,21 г.