6. На 200 г 10%-го раствора серной кислоты подействовали 40 г оксида алюминия. Найдите массу образовавшейся воды.
Для решения задачи необходимо рассчитать состав раствора серной кислоты и провести реакцию между кислотой и оксидом алюминия.
Определим массу серной кислоты в растворе: У нас есть 200 г 10%-го раствора серной кислоты (H₂SO₄).
Масса серной кислоты в растворе: \[ m_{\text{H₂SO₄}} = 200 \, \text{г} \times 0.10 = 20 \, \text{г} \]
Определим массу воды в растворе: Масса воды в растворе будет равна разнице между массой раствора и массой серной кислоты.
Масса воды: \[ m_{\text{H₂O}} = 200 \, \text{г} - 20 \, \text{г} = 180 \, \text{г} \]
Напишем уравнение реакции: Оксид алюминия (Al₂O₃) реагирует с серной кислотой по следующему уравнению: \[ Al₂O₃ + 3 H₂SO₄ \rightarrow Al₂(SO₄)₃ + 3 H₂O \]
Определим количество оксида алюминия: Найдем молярную массу Al₂O₃: \[ M_{Al₂O₃} = 2 \times 27 + 16 \times 3 = 54 + 48 = 102 \, \text{г/моль} \]
Найдем количество вещества оксида алюминия: \[ n_{Al₂O₃} = \frac{40 \, \text{г}}{102 \, \text{г/моль}} \approx 0.392 \, \text{моль} \]
Определим количество кислоты, необходимое для реакции: По уравнению реакции видно, что 1 моль Al₂O₃ реагирует с 3 молями H₂SO₄. Следовательно, для 0.392 моль Al₂O₃ нужно: \[ n_{H₂SO₄} = 3 \times n_{Al₂O₃} = 3 \times 0.392 \approx 1.176 \, \text{моль} \]
Найдем массу серной кислоты, необходимую для реакции: \[ m_{H₂SO₄} = n_{H₂SO₄} \times M_{H₂SO₄} \approx 1.176 \times 98 \approx 115.248 \, \text{г} \]
Сравним с имеющейся массой серной кислоты: У нас всего 20 г серной кислоты, что меньше чем нужно (115.248 г). Следовательно, серная кислота будет ограничивающим реагентом.
Определим, сколько воды образуется: От 1 моля H₂SO₄ образуется 1 моль H₂O. Если у нас есть 20 г H₂SO₄, то найдем количество с помощью его молярной массы (98 г/моль): \[ n_{H₂SO₄} = \frac{20 \, \text{г}}{98 \, \text{г/моль}} \approx 0.204 \, \text{моль} \]
Таким образом, количество образовавшейся воды будет также равно количеству кислоты: \[ n_{H₂O} = n_{H₂SO₄} \approx 0.204 \, \text{моль} \]
Масса образовавшейся воды: \[ m_{H₂O} = n_{H₂O} \times M_{H₂O} \approx 0.204 \times 18 \approx 3.672 \, \text{г} \]
Таким образом, масса образовавшейся воды составляет примерно 3.67 г.
