Номер 8, страница 152 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

8. Вычислите массу питьевой соды $NaHCO_3$, которая необходима для нейтрализации 96,0%-ной серной кислоты объёмом $1,00$ $дм^3$ и $\rho = 1,835$ $г/см^3$.

Дано:

$\omega(H_2SO_4) = 96,0\% = 0,96$

$V_{\text{р-ра}}(H_2SO_4) = 1,00~\text{дм}^3$

$\rho_{\text{р-ра}}(H_2SO_4) = 1,835~\text{г/см}^3$

Перевод данных в систему СИ:

$V_{\text{р-ра}}(H_2SO_4) = 1,00~\text{дм}^3 = 1,00 \cdot 10^{-3}~\text{м}^3$

$\rho_{\text{р-ра}}(H_2SO_4) = 1,835~\text{г/см}^3 = 1835~\text{кг/м}^3$

Найти:

$m(NaHCO_3) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции нейтрализации серной кислоты питьевой содой (гидрокарбонатом натрия):

$2NaHCO_3 + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + 2H_2O + 2CO_2\uparrow$

Согласно уравнению, на нейтрализацию 1 моль серной кислоты расходуется 2 моль гидрокарбоната натрия.

2. Найдем массу раствора серной кислоты. Для этого сначала переведем объем в см³ ($1~\text{дм}^3 = 1000~\text{см}^3$):

$V_{\text{р-ра}}(H_2SO_4) = 1,00~\text{дм}^3 = 1000~\text{см}^3$

Масса раствора вычисляется по формуле $m = \rho \cdot V$:

$m_{\text{р-ра}}(H_2SO_4) = 1,835~\text{г/см}^3 \cdot 1000~\text{см}^3 = 1835~\text{г}$

3. Вычислим массу чистой серной кислоты ($H_2SO_4$) в растворе, зная ее массовую долю (96,0%):

$m(H_2SO_4) = m_{\text{р-ра}}(H_2SO_4) \cdot \omega(H_2SO_4) = 1835~\text{г} \cdot 0,96 = 1761,6~\text{г}$

4. Рассчитаем молярные массы серной кислоты и гидрокарбоната натрия, используя относительные атомные массы элементов:

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

$M(NaHCO_3) = 23 + 1 + 12 + 3 \cdot 16 = 84~\text{г/моль}$

5. Найдем количество вещества (число молей) серной кислоты:

$n(H_2SO_4) = \frac{m(H_2SO_4)}{M(H_2SO_4)} = \frac{1761,6~\text{г}}{98~\text{г/моль}} \approx 17,976~\text{моль}$

6. По уравнению реакции определим количество вещества гидрокарбоната натрия, необходимое для полной нейтрализации:

$\frac{n(NaHCO_3)}{2} = \frac{n(H_2SO_4)}{1} \implies n(NaHCO_3) = 2 \cdot n(H_2SO_4)$

$n(NaHCO_3) = 2 \cdot 17,976~\text{моль} = 35,952~\text{моль}$

7. Вычислим массу гидрокарбоната натрия:

$m(NaHCO_3) = n(NaHCO_3) \cdot M(NaHCO_3) = 35,952~\text{моль} \cdot 84~\text{г/моль} \approx 3019,97~\text{г}$

Округлим результат до трех значащих цифр, так как наименьшая точность исходных данных (объем и массовая доля) составляет три значащие цифры.

$m(NaHCO_3) \approx 3020~\text{г}$

Ответ: для нейтрализации серной кислоты потребуется 3020 г питьевой соды.