Какова массовая доля серной кислоты в растворе до добавления натрия, если при реакции выделилось 2,24 л водорода (н.у.)?
Пошаговый ответ:
H2SO4 + 2Na → Na2SO4 + 2H2
Из уравнения видно, что при реакции одна молекула серной кислоты (H2SO4) реагирует с двумя молекулами натрия (Na), образуя одну молекулу сульфата натрия (Na2SO4) и две молекулы водорода (H2).
Из уравнения также видно, что соотношение между массами серной кислоты и водорода равно 1:2, так как молярные массы водорода и серной кислоты относятся как 2:98 (в соответствии с их химическим формулам, где H2SO4 — 98, а H2 — 2).
Так как реакция проходит в нормальных условиях (н.у.), то объем водорода пропорционален его количеству вещества (в соответствии с законом Авогадро).
Теперь можем перейти к решению задачи.
По условию задачи нам дан объем выделившегося водорода 2,24 л.
Так как по уравнению реакции каждая молекула серной кислоты выделяет две молекулы водорода, то количество вещества серной кислоты будет в два раза меньше, чем количество вещества водорода.
Для расчета массовой доли серной кислоты воспользуемся следующей формулой:
Массовая доля = масса серной кислоты / общая масса раствора
Для расчета массы серной кислоты нам необходимо знать мольную массу серной кислоты (H2SO4). Её можно найти на основе атомных масс веществ, атомную массу натрия (Na) и серы (S) можно найти в таблице периодических элементов, а атомную массу водорода (H) и кислорода (O) можно найти в таблице атомных масс:
Масса серной кислоты (H2SO4) = 2 * атомная масса водорода + атомная масса серы + 4 * атомная масса кислорода
Масса серной кислоты = 2 * 2 + 32 + 4 * 16 = 98 г/моль
Общая масса раствора — это масса серной кислоты плюс масса воды. Масса воды можно найти, умножив ее объем на плотность воды. Плотность воды при н.у. составляет примерно 1 г/мл.
Общая масса раствора = масса серной кислоты + масса воды
Общая масса раствора = 98 г/моль + (объем воды * плотность воды)
Так как мы не знаем объем воды в задаче, мы не сможем найти и общую массу раствора. Однако, мы знаем, что объем водорода пропорционален его количеству вещества.
В данной задаче имеется контрольный объем выделившегося водорода (2,24 л) в нормальных условиях, который можно перевести в единицы количества вещества с помощью уравнения состояния идеального газа:
V = n * Vm
где V — объем газа, n — количество вещества газа, Vm — молярный объем газа (в нормальных условиях равен 22,4 л/моль).
n = V / Vm
n = 2,24 л / 22,4 л/моль = 0,1 моль водорода
Так как каждая молекула серной кислоты реагирует с двумя молекулами водорода, количество вещества серной кислоты будет равно половине количества вещества водорода:
n(H2SO4) = n(H2) / 2 = 0,1 моль водорода / 2 = 0,05 моль серной кислоты
Теперь мы можем найти массу серной кислоты, зная ее количество вещества и молярную массу:
Масса серной кислоты = n * молярная масса
Масса серной кислоты = 0,05 моль * 98 г/моль = 4,9 г
Таким образом, массовая доля серной кислоты в растворе до добавления натрия составляет 4,9 г / общая масса раствора. Общую массу раствора мы не можем найти, так как не знаем объем воды в задаче.
следует, что на каждую молекулу серной кислоты (H2SO4) приходится 2 молекулы водорода (H2). Таким образом, если выделилось 2,24 л водорода, это означает, что было потрачено на реакцию 1 моль серной кислоты. Теперь нужно найти массу серной кислоты, зная ее молярную массу и количество молей. После полученных данных можно рассчитать массовую долю серной кислоты в растворе.