В раствор серной кислоты объёмом 9,0 см³ поместили избыток цинка. При это выделился водород объёмом 84,4 см³. Рассчитайте массовую долю серной кислоты в растворе, если его плотность равна 1025 г/дм³
Ответы
Для решения задачи необходимо воспользоваться законом пропорций, согласно которому количество вещества, участвующего в реакции, пропорционально их коэффициентам в уравнении реакции.
Уравнение реакции между цинком и серной кислотой:
Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂↑
Из уравнения видно, что на один эквивалент серной кислоты (молярная масса H₂SO₄ равна 98 г/моль) приходится один эквивалент выделившегося водорода (молярная масса H₂ равна 2 г/моль).
Объём выделившегося водорода составляет 84,4 см³, что при нормальных условиях (0°C, 101,325 кПа) соответствует количеству вещества:
n(H₂) = V(H₂) / Vm = 84,4 / 22,4 = 3,76 ммоль
Так как цинк является избыточным реагентом, количество серной кислоты, затраченной на реакцию, равно количеству выделившегося водорода. Таким образом, количество серной кислоты составляет:
n(H₂SO₄) = n(H₂) = 3,76 ммоль
Масса раствора составляет:
m = V * ρ = 9,0 см³ * 1 дм³/1000 см³ * 1025 г/дм³ = 9,23 г
Массовая доля серной кислоты (масса H₂SO₄ / масса раствора) равна:
w(H₂SO₄) = n(H₂SO₄) * M(H₂SO₄) / m * 100% = 3,76 ммоль * 98 г/моль / 9,23 г * 100% = 40,0%
Таким образом, массовая доля серной кислоты в растворе равна 40,0%.