К раствору серной кислоты с массовой долей 5% добавили избыток раствора нитрата бария. При этом выпал...

Для определения массы исходного раствора серной кислоты можно использовать уравнение реакции между серной кислотой (H₂SO₄) и нитратом бария (Ba(NO₃)₂):

[ \text{Ba(NO}_3\text{)}_2 + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{BaSO}_4 \downarrow + 2\text{HNO}_3 ]

При этом образуется осадок сульфата бария (BaSO₄), который имеет массу 11,65 г.

1. Рассчитаем количество молей BaSO₄: Молярная масса BaSO₄ ≈ 233,4 г/моль. [ n(\text{BaSO}_4) = \frac{11,65\, \text{г}}{233,4\, \text{г/моль}} \approx 0,0499\, \text{моль} ]

2. Из уравнения реакции видно, что на 1 моль BaSO₄ требуется 1 моль H₂SO₄. Следовательно, количество молей H₂SO₄ равно 0,0499 моль.

3. Молярная масса H₂SO₄ ≈ 98 г/моль. [ m(\text{H}_2\text{SO}_4) = n(\text{H}_2\text{SO}_4) \times M(\text{H}_2\text{SO}_4) = 0,0499\, \text{моль} \times 98\, \text{г/моль} \approx 4,9\, \text{г} ]

4. Теперь, зная массовую долю серной кислоты в растворе (5%), можно найти массу раствора: [ \text{Масса раствора} = \frac{m(\text{H}_2\text{SO}_4}{\text{массовая доля H}_2\text{SO}_4} = \frac{4,9\, \text{г}}{0,05} = 98\, \text{г} ]

Таким образом, масса исходного раствора серной кислоты составляет 98 г.

Для решения задачи давайте подробно разберем данный процесс по этапам.

Условие задачи

1. Имеем раствор серной кислоты (H₂SO₄) с массовой долей 5%, к которому добавляют избыток раствора нитрата бария (Ba(NO₃)₂).
2. При взаимодействии серной кислоты с нитратом бария образуется осадок сульфата бария (BaSO₄) массой 11,65 г.
3. Требуется определить массу исходного раствора серной кислоты.

Химическая реакция

Рассмотрим химическую реакцию между серной кислотой и нитратом бария:

[ H_2SO_4 + Ba(NO_3)_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2HNO_3 ]

• В результате реакции образуется осадок BaSO₄ (сульфат бария), который является нерастворимым веществом.
• Реакция идет в мольном соотношении 1:1 между серной кислотой и сульфатом бария.

Дано:

1. Массовая доля серной кислоты в растворе ((w_{H_2SO_4})) = 5% = 0,05.
2. Масса осадка BaSO₄ ((m_{BaSO₄})) = 11,65 г.
3. Молярная масса серной кислоты ((M_{H_2SO_4})) = 98 г/моль.
4. Молярная масса сульфата бария ((M_{BaSO₄})) = 137 (Ba) + 32 (S) + 4×16 (O) = 233 г/моль.

Решение

1. Найдем количество вещества (моль) осадка BaSO₄: [ \nu_{BaSO4} = \frac{m{BaSO4}}{M{BaSO4}} ] [ \nu{BaSO_4} = \frac{11,65}{233} \approx 0,05 \, \text{моль}. ]

2. По уравнению реакции определяем количество вещества H₂SO₄: Согласно стехиометрии реакции, 1 моль H₂SO₄ дает 1 моль BaSO₄. Следовательно, количество вещества H₂SO₄ равно количеству вещества BaSO₄: [ \nu_{H_2SO4} = \nu{BaSO_4} = 0,05 \, \text{моль}. ]

3. Найдем массу H₂SO₄ в растворе: [ m_{H_2SO4} = \nu{H_2SO4} \cdot M{H_2SO4} ] [ m{H_2SO_4} = 0,05 \cdot 98 = 4,9 \, \text{г}. ]

4. Найдем массу всего раствора серной кислоты: Массовая доля H₂SO₄ в растворе равна: [ w_{H_2SO4} = \frac{m{H_2SO4}}{m{\text{раствора}}} ] Отсюда масса раствора: [ m{\text{раствора}} = \frac{m{H_2SO4}}{w{H_2SO4}} ] [ m{\text{раствора}} = \frac{4,9}{0,05} = 98 \, \text{г}. ]

Ответ:

Масса исходного раствора серной кислоты составляет 98 г.

Для решения данной задачи необходимо воспользоваться законом сохранения массы и уравнением реакции между серной кислотой (H₂SO₄) и нитратом бария (Ba(NO₃)₂).

1. Запишем уравнение реакции: При взаимодействии серной кислоты с нитратом бария образуется сульфат бария (BaSO₄) и нитратная кислота (HNO₃): [ H_2SO_4 + Ba(NO_3)_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2 HNO_3 ]

   Здесь стрелка с низом указывает на образование осадка сульфата бария (BaSO₄).

2. Определим массу осадка: Масса сульфата бария, выпавшего в осадок, составляет 11,65 г. Теперь найдем количество вещества (моль) BaSO₄, используя его молярную массу. Молярная масса BaSO₄:

   • Ba: 137,33 г/моль
   • S: 32,07 г/моль
   • O₄: 4 × 16,00 г/моль = 64,00 г/моль
   • Общая молярная масса BaSO₄ = 137,33 + 32,07 + 64,00 = 233,40 г/моль

   Теперь найдем количество вещества BaSO₄: [ n_{BaSO4} = \frac{m{BaSO4}}{M{BaSO_4}} = \frac{11,65 \, \text{г}}{233,40 \, \text{г/моль}} \approx 0,0500 \, \text{моль} ]

3. Определим количество вещества H₂SO₄: По уравнению реакции видно, что 1 моль H₂SO₄ реагирует с 1 моль Ba(NO₃)₂, образуя 1 моль BaSO₄. Таким образом, количество вещества H₂SO₄, которое прореагировало, равно количеству BaSO₄: [ n_{H_2SO4} = n{BaSO_4} = 0,0500 \, \text{моль} ]

4. Рассчитаем массу H₂SO₄: Молярная масса H₂SO₄ = 2 × 1,01 + 32,07 + 4 × 16,00 = 98,09 г/моль. Теперь найдем массу H₂SO₄: [ m_{H_2SO4} = n{H_2SO4} \times M{H_2SO_4} = 0,0500 \, \text{моль} \times 98,09 \, \text{г/моль} \approx 4,905 \, \text{г} ]

5. Определим массу исходного раствора серной кислоты: У нас есть раствор серной кислоты с массовой долей 5%. Это значит, что в 100 г раствора содержится 5 г H₂SO₄. Чтобы найти массу раствора, содержащего 4,905 г H₂SO₄, используем пропорцию: [ \frac{5 \, \text{г}}{100 \, \text{г}} = \frac{4,905 \, \text{г}}{m{раствора}} ] Перепишем это уравнение: [ m{раствора} = \frac{4,905 \, \text{г} \times 100 \, \text{г}}{5 \, \text{г}} = 98,1 \, \text{г} ]

Таким образом, масса исходного раствора серной кислоты составляет примерно 98,1 г.