Номер 637, страница 107 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

637. В воде массой 74,6 г растворили оксид серы(VI) массой 16,2 г. Рассчитайте массовую долю серной кислоты в полученном растворе.

Дано:

$m(H_2O) = 74,6 \text{ г}$

$m(SO_3) = 16,2 \text{ г}$

Перевод в СИ:

$m(H_2O) = 0,0746 \text{ кг}$

$m(SO_3) = 0,0162 \text{ кг}$

Найти:

$w(H_2SO_4) - ?$

Решение:

1. Сначала запишем уравнение химической реакции, которая происходит при растворении оксида серы(VI) в воде. Оксид серы(VI) ($SO_3$) является кислотным оксидом и при взаимодействии с водой ($H_2O$) образует серную кислоту ($H_2SO_4$):

$SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$

Уравнение сбалансировано, стехиометрические коэффициенты всех веществ равны 1. Это означает, что 1 моль оксида серы(VI) реагирует с 1 моль воды, образуя 1 моль серной кислоты.

2. Рассчитаем молярные массы веществ, участвующих в реакции, используя периодическую таблицу химических элементов:

$M(SO_3) = 32,07 + 3 \cdot 16,00 = 80,07 \text{ г/моль}$

$M(H_2O) = 2 \cdot 1,01 + 16,00 = 18,02 \text{ г/моль}$

$M(H_2SO_4) = 2 \cdot 1,01 + 32,07 + 4 \cdot 16,00 = 98,09 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества (в молях) для каждого из исходных реагентов по формуле $\nu = m/M$:

$\nu(SO_3) = \frac{m(SO_3)}{M(SO_3)} = \frac{16,2 \text{ г}}{80,07 \text{ г/моль}} \approx 0,2023 \text{ моль}$

$\nu(H_2O) = \frac{m(H_2O)}{M(H_2O)} = \frac{74,6 \text{ г}}{18,02 \text{ г/моль}} \approx 4,140 \text{ моль}$

4. Определим, какое из веществ является лимитирующим реагентом (находится в недостатке). Сравнивая количество молей реагентов и их стехиометрическое соотношение (1:1), видим, что $\nu(SO_3) < \nu(H_2O)$. Следовательно, оксид серы(VI) прореагирует полностью, а вода находится в избытке. Дальнейшие расчеты будем вести по лимитирующему реагенту, то есть по $SO_3$.

5. Рассчитаем массу серной кислоты, которая образуется в результате реакции. Согласно уравнению, количество вещества образовавшейся кислоты равно количеству вещества прореагировавшего оксида серы:

$\nu(H_2SO_4) = \nu(SO_3) \approx 0,2023 \text{ моль}$

Теперь найдем массу серной кислоты:

$m(H_2SO_4) = \nu(H_2SO_4) \cdot M(H_2SO_4) = 0,2023 \text{ моль} \cdot 98,09 \text{ г/моль} \approx 19,845 \text{ г}$

6. Рассчитаем общую массу полученного раствора. По закону сохранения массы, масса раствора равна сумме масс исходных компонентов, вступивших в реакцию:

$m_{раствора} = m(H_2O) + m(SO_3) = 74,6 \text{ г} + 16,2 \text{ г} = 90,8 \text{ г}$

7. Теперь можно рассчитать массовую долю серной кислоты в полученном растворе. Массовая доля ($w$) вычисляется как отношение массы растворенного вещества к общей массе раствора, выраженное в процентах:

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

$w(H_2SO_4) = \frac{19,845 \text{ г}}{90,8 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 21,8557...\%$

Округляя результат до сотых, получаем 21,86%.

Ответ: массовая доля серной кислоты в полученном растворе составляет 21,86%.