Номер 991, страница 159 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

991. К раствору серной кислоты массой 20,8 г добавили избыток нитрата бария. Выпал осадок массой 15,2 г. Рассчитайте массовую долю серной кислоты в растворе.

Дано:

$m(\text{раствора } H_2SO_4) = 20,8 \text{ г}$

$m(\text{осадка}) = 15,2 \text{ г}$

Нитрат бария $Ba(NO_3)_2$ взят в избытке.

Найти:

$\omega(H_2SO_4) - ?$

Решение:

1. При взаимодействии раствора серной кислоты с нитратом бария протекает реакция обмена, в результате которой образуется нерастворимый в воде и кислотах осадок — сульфат бария ($BaSO_4$). Запишем уравнение реакции:

$H_2SO_4 + Ba(NO_3)_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2HNO_3$

Из условия задачи известно, что масса выпавшего осадка ($BaSO_4$) составляет 15,2 г.

2. Рассчитаем молярные массы серной кислоты ($H_2SO_4$) и сульфата бария ($BaSO_4$), используя относительные атомные массы элементов из периодической таблицы:

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

$M(BaSO_4) = Ar(Ba) + Ar(S) + 4 \cdot Ar(O) = 137 + 32 + 4 \cdot 16 = 233 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества (число молей) сульфата бария, содержащееся в осадке массой 15,2 г:

$n(BaSO_4) = \frac{m(BaSO_4)}{M(BaSO_4)} = \frac{15,2 \text{ г}}{233 \text{ г/моль}} \approx 0,06524 \text{ моль}$

4. Согласно уравнению реакции, серная кислота и сульфат бария реагируют в мольном соотношении 1:1. Это значит, что количество вещества серной кислоты, вступившей в реакцию, равно количеству вещества образовавшегося сульфата бария:

$n(H_2SO_4) = n(BaSO_4) \approx 0,06524 \text{ моль}$

5. Рассчитаем массу серной кислоты, которая содержалась в исходном растворе:

$m(H_2SO_4) = n(H_2SO_4) \cdot M(H_2SO_4) = 0,06524 \text{ моль} \cdot 98 \text{ г/моль} \approx 6,3935 \text{ г}$

6. Теперь мы можем рассчитать массовую долю серной кислоты ($\omega$) в исходном растворе. Массовая доля — это отношение массы растворенного вещества к массе всего раствора, выраженное в долях единицы или в процентах:

$\omega(H_2SO_4) = \frac{m(H_2SO_4)}{m(\text{раствора } H_2SO_4)}$

$\omega(H_2SO_4) = \frac{6,3935 \text{ г}}{20,8 \text{ г}} \approx 0,3074$

Для выражения в процентах, умножим полученное значение на 100%:

$\omega(H_2SO_4) = 0,3074 \cdot 100\% = 30,74\%$

Ответ: массовая доля серной кислоты в растворе составляет 30,74%.