Какова массовая доля серной кислоты в исходном растворе, если при растворении избытка цинка в 980 граммах раствора

Kosmicheskaya_Charodeyka

58

Для решения данной задачи, нам необходимо воспользоваться знаниями о химической реакции между цинком и серной кислотой, а также применить закон газовой стехиометрии.

Из условия задачи известны следующие данные:
Масса раствора — 980 г
Объем выделившегося газа — 33,6 л

Для начала рассмотрим реакцию между цинком и серной кислотой:
Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂

Из уравнения видно, что на одну молекулу цинка требуется две молекулы серной кислоты для полного реагирования.

Согласно закону газовой стехиометрии, объем выделившегося газа пропорционален количеству газообразных молекул, следовательно, он будет прямо пропорционален количеству молекул водорода.

Теперь нам необходимо найти количество газообразных молекул водорода, чтобы определить, сколько молекул серной кислоты было использовано в реакции.

Объем газа можно перевести в единицы моль, используя уравнение состояния идеального газа \( V = nRT/P \), где V - объем, n - количество вещества в молях, R - универсальная газовая постоянная (равняется 0,0821 атм⋅л/(моль⋅К)), T - температура в Кельвинах, P - давление в атмосферах.

Предположим, что давление газа равно 1, а температура равна комнатной температуре 25 °C, что составляет 298 Кельвинов. Получим:
\[ n = \frac{PV}{RT} = \frac{1 \times 33,6}{0,0821 \times 298} \approx 1,3909 \, моль \]

Так как молекула серной кислоты реагирует с 2 молекулами водорода, то количество молекул серной кислоты будет равно удвоенному количеству молекул водорода:
\[ n(H_2SO_4) = 2 \times n(H_2) = 2 \times 1,3909 = 2,7818 \, моль \]

Теперь мы можем найти массу серной кислоты, зная ее молярную массу, которая равна 98,1 г/моль.
\[ m(H_2SO_4) = n(H_2SO_4) \times M(H_2SO_4) = 2,7818 \times 98,1 = 272,7 \, г \]

Наконец, чтобы найти массовую долю серной кислоты в исходном растворе, мы делим массу серной кислоты на массу раствора и умножаем на 100%:
\[ \text{Массовая доля серной кислоты} = \frac{m(H_2SO_4)}{m(\text{раствора})} \times 100\% = \frac{272,7}{980} \times 100\% \approx 27,82\% \]

Итак, массовая доля серной кислоты в исходном растворе составляет примерно 27,82%.