Номер 993, страница 159 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

993. Медь массой 8,48 г опустили в избыток концентрированной серной кислоты. Выделившийся газ растворили в воде массой 250 г. Рассчитайте массовую долю кислоты в полученном растворе.

Дано:

$m(Cu) = 8,48 \ г$

$m(H_2O) = 250 \ г$

Найти:

$\omega(H_2SO_3) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия меди с концентрированной серной кислотой. Медь, как металл, стоящий после водорода в ряду активности, реагирует с концентрированной серной кислотой с образованием сульфата меди(II), диоксида серы и воды.

$Cu + 2H_2SO_{4(\text{конц.})} \rightarrow CuSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O$

2. Рассчитаем количество вещества (моль) меди, вступившей в реакцию. Молярная масса меди $M(Cu) \approx 64 \ г/моль$.

$n(Cu) = \frac{m(Cu)}{M(Cu)} = \frac{8,48 \text{ г}}{64 \text{ г/моль}} = 0,1325 \text{ моль}$

3. Согласно уравнению реакции, из 1 моль меди образуется 1 моль диоксида серы ($SO_2$). Следовательно, количество вещества выделившегося газа равно количеству вещества меди:

$n(SO_2) = n(Cu) = 0,1325 \text{ моль}$

4. Выделившийся газ ($SO_2$) растворили в воде. При этом протекает реакция с образованием сернистой кислоты ($H_2SO_3$).

$SO_2 + H_2O \rightarrow H_2SO_3$

5. По уравнению этой реакции, из 1 моль $SO_2$ образуется 1 моль $H_2SO_3$. Значит, количество вещества образовавшейся кислоты равно:

$n(H_2SO_3) = n(SO_2) = 0,1325 \text{ моль}$

6. Рассчитаем массу сернистой кислоты ($H_2SO_3$), которая является растворенным веществом в конечном растворе. Молярная масса $H_2SO_3$:

$M(H_2SO_3) = 2 \cdot 1 + 32 + 3 \cdot 16 = 82 \text{ г/моль}$

$m(H_2SO_3) = n(H_2SO_3) \cdot M(H_2SO_3) = 0,1325 \text{ моль} \cdot 82 \text{ г/моль} = 10,865 \text{ г}$

7. Для расчета массовой доли кислоты необходимо найти общую массу раствора. Раствор состоит из воды (растворитель) и растворенного в ней диоксида серы (который прореагировал с водой). Масса раствора равна сумме масс исходной воды и поглощенного газа $SO_2$. Рассчитаем массу $SO_2$.

$M(SO_2) = 32 + 2 \cdot 16 = 64 \text{ г/моль}$

$m(SO_2) = n(SO_2) \cdot M(SO_2) = 0,1325 \text{ моль} \cdot 64 \text{ г/моль} = 8,48 \text{ г}$

8. Теперь найдем массу конечного раствора:

$m_{\text{раствора}} = m(H_2O) + m(SO_2) = 250 \text{ г} + 8,48 \text{ г} = 258,48 \text{ г}$

9. Наконец, рассчитаем массовую долю ($\omega$) сернистой кислоты в полученном растворе по формуле:

$\omega(H_2SO_3) = \frac{m(H_2SO_3)}{m_{\text{раствора}}}$

$\omega(H_2SO_3) = \frac{10,865 \text{ г}}{258,48 \text{ г}} \approx 0,04203$

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

$\omega(H_2SO_3) = 0,04203 \cdot 100\% \approx 4,20\%$

Ответ: массовая доля кислоты в полученном растворе составляет 4,20%.