Номер 515, страница 80 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

515. Взаимодействие оксида серы(VI) с водой протекает согласно термохимическому уравнению:

$\text{SO}_3 + \text{H}_2\text{O} = \text{H}_2\text{SO}_4 + 130 \text{ кДж}$

Навеску оксида серы(VI) растворили в $50 \text{ см}^3$ воды. При этом выделилось 1,95 кДж теплоты. Рассчитайте массовую долю серной кислоты в полученном растворе.

Дано:

Термохимическое уравнение: $SO_3 + H_2O = H_2SO_4 + 130 \text{ кДж}$

Объем воды: $V(H_2O) = 50 \text{ см}^3$

Выделившаяся теплота: $Q = 1,95 \text{ кДж}$

Плотность воды: $\rho(H_2O) \approx 1 \text{ г/см}^3$

$V(H_2O) = 50 \text{ см}^3 = 5 \cdot 10^{-5} \text{ м}^3$

$Q = 1,95 \text{ кДж} = 1950 \text{ Дж}$

Найти:

$\omega(H_2SO_4)$ — ?

Решение:

1. Из термохимического уравнения следует, что при реакции 1 моль оксида серы(VI) выделяется 130 кДж теплоты. Мы можем составить пропорцию, чтобы найти количество вещества $SO_3$, которое прореагировало, выделив 1,95 кДж теплоты.

1 моль $SO_3$ — 130 кДж

$x$ моль $SO_3$ — 1,95 кДж

$x = n(SO_3) = \frac{1 \text{ моль} \cdot 1,95 \text{ кДж}}{130 \text{ кДж}} = 0,015 \text{ моль}$

2. Рассчитаем молярные массы оксида серы(VI) и серной кислоты. Атомные массы: $Ar(S) = 32$, $Ar(O) = 16$, $Ar(H) = 1$.

$M(SO_3) = 32 + 3 \cdot 16 = 80 \text{ г/моль}$

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

3. Найдем массу прореагировавшего оксида серы(VI):

$m(SO_3) = n(SO_3) \cdot M(SO_3) = 0,015 \text{ моль} \cdot 80 \text{ г/моль} = 1,2 \text{ г}$

4. Согласно уравнению реакции, из 1 моль $SO_3$ образуется 1 моль $H_2SO_4$. Следовательно, количество вещества образовавшейся серной кислоты равно количеству вещества прореагировавшего оксида серы:

$n(H_2SO_4) = n(SO_3) = 0,015 \text{ моль}$

5. Найдем массу образовавшейся серной кислоты:

$m(H_2SO_4) = n(H_2SO_4) \cdot M(H_2SO_4) = 0,015 \text{ моль} \cdot 98 \text{ г/моль} = 1,47 \text{ г}$

6. Теперь рассчитаем массу конечного раствора. Раствор состоит из исходной воды и добавленного оксида серы(VI), который полностью прореагировал с водой. Сначала найдем массу воды:

$m(H_2O) = V(H_2O) \cdot \rho(H_2O) = 50 \text{ см}^3 \cdot 1 \text{ г/см}^3 = 50 \text{ г}$

Масса раствора равна сумме масс исходных компонентов:

$m_{раствора} = m(H_2O) + m(SO_3) = 50 \text{ г} + 1,2 \text{ г} = 51,2 \text{ г}$

7. Наконец, рассчитаем массовую долю серной кислоты в полученном растворе по формуле:

$\omega(H_2SO_4) = \frac{m(H_2SO_4)}{m_{раствора}} \cdot 100\%$

$\omega(H_2SO_4) = \frac{1,47 \text{ г}}{51,2 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 2,87\%$

Ответ: массовая доля серной кислоты в полученном растворе составляет 2,87%.