В водном растворе серной кислоты (H2SO4) число атомов водорода равно 2.45•10²⁵ , а число атомов серы - 4.02•10²³. Определите массовую долю серной кислоты в этом растворе. Ответ выразите в процентах, результат округлите. Постоянную Авогадро примите равной 6•10²³ моль -1
Для решения задачи начнем с определения количества молей атомов водорода и серы в водном растворе серной кислоты (H₂SO₄).
Сначала найдем количество молей водорода:
- Число атомов водорода: \(N_H = 2.45 \times 10^{25}\).
- Используем постоянную Авогадро \(N_A = 6 \times 10^{23} \, \text{моль}^{-1}\):
\[ n_H = \frac{N_H}{N_A} = \frac{2.45 \times 10^{25}}{6 \times 10^{23}} \approx 40.83 \, \text{моль}. \]
Теперь найдем количество молей серы:
- Число атомов серы: \(N_S = 4.02 \times 10^{23}\):
\[ n_S = \frac{N_S}{N_A} = \frac{4.02 \times 10^{23}}{6 \times 10^{23}} \approx 6.70 \, \text{моль}. \]
В одной молекуле серной кислоты (H₂SO₄) содержится 2 атома водорода и 1 атом серы. Таким образом, соотношение между количеством молей водорода (H) и серы (S) в растворе указывает на то, что:
- Молей H₂SO₄ можно найти по количеству молей серы:
\[ n_{H_2SO_4} = n_S \approx 6.70 \, \text{моль}. \]
Теперь можем найти массу серной кислоты. Молярная масса H₂SO₄ вычисляется следующим образом:
- Молярная масса водорода (H) = 1 г/моль, 2 атома = \(2 \times 1 = 2 \, \text{г/моль}\).
- Молярная масса серы (S) = 32 г/моль.
- Молярная масса кислорода (O) = 16 г/моль, 4 атома = \(4 \times 16 = 64 \, \text{г/моль}\).
Таким образом, молярная масса H₂SO₄:
\[ M_{H_2SO_4} = 2 + 32 + 64 = 98 \, \text{г/моль}. \]
Теперь найдем массу серной кислоты в растворе:
\[ m_{H_2SO_4} = n_{H_2SO_4} \times M_{H_2SO_4} = 6.70 \times 98 \approx 656.6 \, \text{г}. \]
Теперь нужно найти массу воды, которая содержится в растворе. Из количества молей водорода:
\[ n_H = 40.83 \, \text{моль} \quad \text{(в 1 моле H₂ имеется 0.5 моль H₂O)}. \]
Количество молей H₂O можно найти, учитывая, что \(n_H = 2 \cdot n_{H_2O}\):
\[ n_{H_2O} = \frac{n_H}{2} \approx \frac{40.83}{2} = 20.415 \, \text{моль}. \]
Молярная масса воды (H₂O) = 18 г/моль, следовательно, масса воды:
\[ m_{H_2O} = n_{H_2O} \times M_{H_2O} = 20.415 \times 18 \approx 367.47 \, \text{г}. \]
Теперь можем вычислить полную массу раствора:
\[ m_{раствора} = m_{H_2SO_4} + m_{H_2O} \approx 656.6 + 367.47 \approx 1024.07 \, \text{г}. \]
Наконец, определим массовую долю серной кислоты в растворе:
\[ \omega_{H_2SO_4} = \frac{m_{H_2SO_4}}{m_{раствора}} \times 100\% = \frac{656.6}{1024.07} \times 100\% \approx 64.2\%. \]
Округляя, получаем, что массовая доля серной кислоты в растворе составляет приблизительно 64%.
