Номер 830, страница 136 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

830. *К водному раствору с массовой долей серной кислоты $36,8\ \%$ прибавили стехиометрическое количество твёрдого пероксида бария. Рассчитайте массовую долю растворённого вещества в полученном растворе.

Дано:

$\omega(H_2SO_4) = 36.8\% = 0.368$

К раствору добавлено стехиометрическое количество твёрдого $BaO_2$.

Найти:

$\omega_{конечное}(\text{растворённого вещества})$ — ?

Решение:

1. Запишем уравнение химической реакции, которая происходит при смешивании раствора серной кислоты и пероксида бария:

$H_2SO_4 + BaO_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + H_2O_2$

В ходе реакции образуется нерастворимый в воде осадок сульфата бария ($BaSO_4$) и новое растворимое вещество — пероксид водорода ($H_2O_2$). Так как реагенты были взяты в стехиометрических количествах, они полностью расходуются. Следовательно, в конечном растворе растворенным веществом будет являться пероксид водорода, а растворителем — вода из исходного раствора.

2. Для удобства вычислений примем массу исходного раствора серной кислоты равной 100 г.

$m_{р-ра}(H_2SO_4)_{исх} = 100 \text{ г}$

3. Рассчитаем массу серной кислоты и массу воды в этом растворе.

Масса $H_2SO_4$: $m(H_2SO_4) = \omega(H_2SO_4) \cdot m_{р-ра}(H_2SO_4)_{исх} = 0.368 \cdot 100 \text{ г} = 36.8 \text{ г}$.

Масса воды: $m(H_2O) = m_{р-ра}(H_2SO_4)_{исх} - m(H_2SO_4) = 100 \text{ г} - 36.8 \text{ г} = 63.2 \text{ г}$.

4. Определим молярные массы веществ, участвующих в расчётах (используя округленные до целых значений атомные массы: H - 1, S - 32, O - 16).

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

$M(H_2O_2) = 2 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 34 \text{ г/моль}$.

5. Найдём количество вещества (в молях) серной кислоты, вступившей в реакцию.

$n(H_2SO_4) = \frac{m(H_2SO_4)}{M(H_2SO_4)} = \frac{36.8 \text{ г}}{98 \text{ г/моль}}$.

6. По уравнению реакции, стехиометрические коэффициенты перед $H_2SO_4$ и $H_2O_2$ равны (1:1), следовательно, количество вещества образовавшегося пероксида водорода равно количеству вещества серной кислоты.

$n(H_2O_2) = n(H_2SO_4) = \frac{36.8}{98} \text{ моль}$.

7. Вычислим массу пероксида водорода. Эта масса и будет массой растворённого вещества в конечном растворе.

$m(H_2O_2) = n(H_2O_2) \cdot M(H_2O_2) = \frac{36.8}{98} \text{ моль} \cdot 34 \text{ г/моль} = \frac{1251.2}{98} \text{ г} \approx 12.767 \text{ г}$.

8. Рассчитаем массу конечного раствора. Она состоит из массы воды из исходного раствора и массы образовавшегося пероксида водорода.

$m_{р-ра, кон} = m(H_2O) + m(H_2O_2) = 63.2 \text{ г} + \frac{1251.2}{98} \text{ г} = \frac{63.2 \cdot 98 + 1251.2}{98} \text{ г} = \frac{6193.6 + 1251.2}{98} \text{ г} = \frac{7444.8}{98} \text{ г} \approx 75.967 \text{ г}$.

9. Найдём итоговую массовую долю растворённого вещества ($H_2O_2$) в полученном растворе.

$\omega(H_2O_2) = \frac{m(H_2O_2)}{m_{р-ра, кон}} = \frac{1251.2 / 98 \text{ г}}{7444.8 / 98 \text{ г}} = \frac{1251.2}{7444.8} \approx 0.16806$.

При переводе в проценты и округлении до трёх значащих цифр (в соответствии с точностью исходных данных) получаем:

$\omega(H_2O_2) = 0.16806 \cdot 100\% \approx 16.8\%$.

Ответ: $16.8\%$.