Номер 10, страница 197 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

10. Имеется 500 г раствора оксида серы(VI) в серной кислоте. Массовые доли $H_2SO_4$ и $SO_3$ составляют 92 % и 8 % соответственно. Сколько граммов воды нужно добавить для получения 100%-ной серной кислоты?

Дано:

$m(\text{раствора}) = 500 \text{ г}$

$ω(H_2SO_4) = 92 \% \text{ или } 0.92$

$ω(SO_3) = 8 \% \text{ или } 0.08$

Найти:

$m(H_2O) - ?$

Решение:

Раствор оксида серы(VI) в серной кислоте называется олеумом. Для получения 100%-ной серной кислоты необходимо, чтобы весь оксид серы(VI), содержащийся в олеуме, прореагировал с добавленной водой.

1. Найдем массы серной кислоты ($H_2SO_4$) и оксида серы(VI) ($SO_3$) в исходном растворе:

$m(H_2SO_4)_{\text{исх}} = m(\text{раствора}) \cdot ω(H_2SO_4) = 500 \text{ г} \cdot 0.92 = 460 \text{ г}$

$m(SO_3) = m(\text{раствора}) \cdot ω(SO_3) = 500 \text{ г} \cdot 0.08 = 40 \text{ г}$

2. При добавлении воды оксид серы(VI) вступает в реакцию, образуя серную кислоту. Запишем уравнение реакции:

$SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$

3. Рассчитаем молярные массы веществ, участвующих в реакции, и найдем количество вещества ($n$) оксида серы(VI):

$M(SO_3) = 32.07 + 3 \cdot 16.00 \approx 80 \text{ г/моль}$

$M(H_2O) = 2 \cdot 1.01 + 16.00 \approx 18 \text{ г/моль}$

Количество вещества оксида серы(VI):

$n(SO_3) = \frac{m(SO_3)}{M(SO_3)} = \frac{40 \text{ г}}{80 \text{ г/моль}} = 0.5 \text{ моль}$

4. Согласно уравнению реакции, стехиометрическое соотношение между $SO_3$ и $H_2O$ составляет 1:1. Это означает, что для реакции с 0.5 моль $SO_3$ потребуется 0.5 моль $H_2O$.

$n(H_2O) = n(SO_3) = 0.5 \text{ моль}$

5. Теперь найдем массу воды, которую необходимо добавить для полной реакции с оксидом серы(VI):

$m(H_2O) = n(H_2O) \cdot M(H_2O) = 0.5 \text{ моль} \cdot 18 \text{ г/моль} = 9 \text{ г}$

После добавления 9 г воды весь оксид серы(VI) превратится в серную кислоту, и в конечном растворе будет содержаться только серная кислота.

Ответ: для получения 100%-ной серной кислоты нужно добавить 9 г воды.