Номер 686, страница 125 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

686. В раствор серной кислоты объёмом $9,0 \text{ см}^3$ поместили избыток цинка. При этом выделился водород объёмом $84,4 \text{ см}^3$. Рассчитайте массовую долю серной кислоты в растворе, если его плотность равна $1025 \text{ г/дм}^3$.

Дано:

$V_{\text{р-ра}}(H_2SO_4) = 9,0 \text{ см}^3$

$V(H_2) = 84,4 \text{ см}^3$

$\rho_{\text{р-ра}} = 1025 \text{ г/дм}^3$

$V_{\text{р-ра}}(H_2SO_4) = 9,0 \text{ см}^3 = 9,0 \times 10^{-6} \text{ м}^3$

$V(H_2) = 84,4 \text{ см}^3 = 8,44 \times 10^{-5} \text{ м}^3$

$\rho_{\text{р-ра}} = 1025 \text{ г/дм}^3 = 1025 \text{ кг/м}^3$

Найти:

$\omega(H_2SO_4)$ - ?

Решение:

1. Составим уравнение химической реакции между цинком и серной кислотой:

$Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2\uparrow$

Согласно уравнению, из 1 моль серной кислоты образуется 1 моль водорода. Соотношение их количеств вещества составляет 1:1.

2. Найдем массу исходного раствора серной кислоты. Для этого сначала преобразуем единицы измерения плотности:

$\rho_{\text{р-ра}} = 1025 \text{ г/дм}^3 = \frac{1025 \text{ г}}{1000 \text{ см}^3} = 1,025 \text{ г/см}^3$

Теперь рассчитаем массу раствора по формуле $m = \rho \cdot V$:

$m_{\text{р-ра}} = V_{\text{р-ра}} \cdot \rho_{\text{р-ра}} = 9,0 \text{ см}^3 \cdot 1,025 \text{ г/см}^3 = 9,225 \text{ г}$

3. Рассчитаем количество вещества (моль) выделившегося водорода, принимая, что реакция протекает при нормальных условиях (н.у.), где молярный объем любого газа $V_m$ равен 22,4 дм³/моль. Переведем объем водорода в дм³:

$V(H_2) = 84,4 \text{ см}^3 = 0,0844 \text{ дм}^3$

Количество вещества водорода:

$n(H_2) = \frac{V(H_2)}{V_m} = \frac{0,0844 \text{ дм}^3}{22,4 \text{ дм}^3/\text{моль}} \approx 0,003768 \text{ моль}$

4. Исходя из стехиометрии реакции, количество вещества серной кислоты равно количеству вещества водорода:

$n(H_2SO_4) = n(H_2) \approx 0,003768 \text{ моль}$

5. Найдем массу серной кислоты, которая прореагировала. Молярная масса серной кислоты $M(H_2SO_4)$:

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

Масса серной кислоты:

$m(H_2SO_4) = n(H_2SO_4) \cdot M(H_2SO_4) = 0,003768 \text{ моль} \cdot 98 \text{ г/моль} \approx 0,3693 \text{ г}$

6. Рассчитаем массовую долю серной кислоты в исходном растворе по формуле:

$\omega(H_2SO_4) = \frac{m(H_2SO_4)}{m_{\text{р-ра}}} \cdot 100\%$

$\omega(H_2SO_4) = \frac{0,3693 \text{ г}}{9,225 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 4,003\%$

Округляя до двух значащих цифр (в соответствии с наименее точным исходным данным $V_{\text{р-ра}} = 9,0 \text{ см}^3$), получаем 4,0%.

Ответ: массовая доля серной кислоты в растворе составляет 4,0%.