Порцию олеума, в котором массовая доля элемента серы составляет 38,28 %, растворили в 100 мл воды. Полученный раствор добавили к 250 мл раствора нитрата бария, имеющего концентрацию 0,6 моль/л и плотность 1,1 г/мл. Массовая доля нитрата бария в полученном растворе составила 3,62 %. Рассчитайте массу исходной порции олеума.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения и обозначения искомых физических величин).
1) SO3 + H2O H2SO4
2) H2SO4 + Ba(NO3)2 BaSO4 + 2HNO3
Уравнения реакций составлены верно и соответствуют условию.
Определение количества нитрата бария в исходном растворе:
V(р-ра Ba(NO3)2) = 250 мл = 0,25 л
n(Ba(NO3)2 исходн.) = C(Ba(NO3)2) · V(р-ра Ba(NO3)2) = 0,6 · 0,25 = 0,15 моль
m(р-ра Ba(NO3)2) = ρ(р-ра Ba(NO3)2) · V(р-ра Ba(NO3)2) = 1,1 · 250 = 275 г
Определение количества серной кислоты, образующейся из олеума:
Пусть m(олеума) = x г, тогда:
m(S) = m(олеума) / 100 % · ω(S) = x / 100 % · 38,28 % = x · 0,3828
n(S) = m(S) / M(S) = x · 0,3828 / 32
После растворения олеума в воде весь содержащийся в нём SO3 превращается в H2SO4. Поскольку в SO3 и в H2SO4 на одну формульную единицу приходится один атом серы, количество итоговой серной кислоты равно общему количеству серы в исходном олеуме:
n(H2SO4) = n(S) = x · 0,3828 / 32
По условию массовая доля Ba(NO3)2 в конечном растворе составляет 3,62%. Следовательно, после реакции нитрат бария остаётся в растворе. Значит, Ba(NO3)2 находится в избытке, а H2SO4 была в недостатке и прореагировала полностью.
Определение количества и массы оставшегося нитрата бария:
По уравнению реакции 2: n(Ba(NO3)2 прореаг.) = n(H2SO4) = x · 0,3828 / 32
n(Ba(NO3)2 ост.) = n(Ba(NO3)2 исходн.) - n(Ba(NO3)2 прореаг.) = 0,15 - x · 0,3828 / 32
m(Ba(NO3)2 ост.) = n(Ba(NO3)2 ост.) · M(Ba(NO3)2) = (0,15 - x · 0,3828 / 32) · 261
Определение массы конечного раствора:
m(H2O) = V(H2O) ⋅ ρ(H2O) = 100 ⋅ 1 = 100 г
По уравнению реакции 2: n(BaSO4) = n(H2SO4) = x · 0,3828 / 32
m(BaSO4) = n(BaSO4) · M(BaSO4) = x · 0,3828 / 32 · 233
m(конечного р-ра) = m(H2O) + m(р-ра Ba(NO3)2) + m(олеума) - m(BaSO4) = 100 + 275 + x - x · 0,3828 / 32 · 233
Использование массовой доли нитрата бария в конечном растворе для нахождения массы олеума:
ω(Ba(NO3)2) = 3,62 %
ω(Ba(NO3)2) = m(Ba(NO3)2 ост.) / m(конечного р-ра) · 100 %
m(Ba(NO3)2 ост.) / m(конечного р-ра) · 100 % = 3,62 %
(0,15 - x · 0,3828 / 32) · 261 / (100 + 275 + x - x · 0,3828 / 32 · 233) · 100 % = 3,62 %
x = 8,36 г
m(олеума) = 8,36 г
Ход решения изложен логично и последовательно.
Верно произведены вычисления.
Ответ: m(олеума) = 8,36 г
Получен правильный ответ.