Каков состав смеси газов до и после сжигания взакрытом сосуде объемом 26л, если над 60мл 90%-ной серной кислоты

Antonovich

39

Дано:
Объем сосуда: \(V = 26 \, \text{л}\)
Объем серной кислоты: \(V_{\text{H}_2\text{SO}_4} = 60 \, \text{мл}\)
Концентрация серной кислоты: \(C_{\text{H}_2\text{SO}_4} = 90\%\)
Плотность серной кислоты: \(D_{\text{H}_2\text{SO}_4} = 1,82 \, \text{г/мл}\)
После реакции концентрация серной кислоты становится: \(C_{\text{H}_2\text{SO}_4} = 87\%\)
Концентрация кислорода в воздухе: \(C_{\text{O}_2} = 21\%\)

Первым шагом найдем массу серной кислоты в миллилитрах:
\[
m_{\text{H}_2\text{SO}_4} = V_{\text{H}_2\text{SO}_4} \times D_{\text{H}_2\text{SO}_4} = 60 \, \text{мл} \times 1,82 \, \text{г/мл} = 109,2 \, \text{г}
\]

Затем найдем количество вещества серной кислоты до реакции, используя молярную массу \(M_{\text{H}_2\text{SO}_4}\):
\[
n_{\text{H}_2\text{SO}_4,\text{нач}} = \frac{{m_{\text{H}_2\text{SO}_4}}}{{M_{\text{H}_2\text{SO}_4}}}
\]

Молярная масса серной кислоты:
\[
M_{\text{H}_2\text{SO}_4} = 2 \times M_{\text{H}} + M_{\text{S}} + 4 \times M_{\text{O}} = 2 \times 1 + 32 + 4 \times 16 = 98 \, \text{г/моль}
\]

Подставляем значения:
\[
n_{\text{H}_2\text{SO}_4,\text{нач}} = \frac{{109,2 \, \text{г}}}{{98 \, \text{г/моль}}} \approx 1,115 \, \text{моль}
\]

Затем найдем количество вещества серной кислоты после реакции, используя новую концентрацию и объем образовавшейся воды:
\[
n_{\text{H}_2\text{SO}_4,\text{кон}} = n_{\text{H}_2\text{O}}
\]

Поскольку водород и кислород в результате реакции образуют воду, количество веществ воды можно найти по количеству веществ водорода, применяя коэффициент соответствующей реакции:
\[
n_{\text{H}_2\text{O}} = 0,5 \times n_{\text{H}_2}
\]

Поскольку изначально серная кислота выбросила одинаковое количество веществ водорода, то
\[
n_{\text{H}_2} = n_{\text{H}_2\text{SO}_4,\text{нач}}
\]

Подставляем значения:
\[
n_{\text{H}_2\text{O}} = 0,5 \times 1,115 \, \text{моль} = 0,5575 \, \text{моль}
\]

Теперь, используя уравнение неразрывности, найдем количество вещества кислорода:
\[
n_{\text{O}_2} = C_{\text{O}_2} \times V \times \frac{{n_{\text{H}_2\text{O}}}}{{n_{\text{H}_2\text{SO}_4,\text{нач}}}}
\]

Подставляем значения:
\[
n_{\text{O}_2} = 0,21 \times 26 \, \text{л} \times \frac{{0,5575 \, \text{моль}}}{{1,115 \, \text{моль}}} = 2,35 \, \text{л}
\]

Найдем конечный объем газа после реакции:
\[
V_{\text{газа}} = V - V_{\text{H}_2\text{SO}_4} - V_{\text{H}_2\text{O}} - V_{\text{O}_2}
\]

Подставляем значения:
\[
V_{\text{газа}} = 26 \, \text{л} - 60 \, \text{мл} - 0,5575 \, \text{моль} \times 22,4 \, \text{л/моль} - 2,35 \, \text{л} = 16,6 \, \text{л}
\]

Таким образом, состав смеси газов после сжигания будет состоять из газов, отличных от серной кислоты, и будет иметь объем 16,6 л.