Карбонат кальция растворили в 200 мл раствора (р = 1,08 г/мл) с массовой долей серной кислоты 15%. Вычислите массу образовавшегося сульфата кальция. Сколько молекул углекислого газа при этом выделится?
Для решения данной задачи начнем с определения необходимых значений и принципов химических реакций.
Определим массу раствора серной кислоты:
Объем раствора = 200 мл
Плотность раствора (ρ) = 1,08 г/млМасса раствора (m) = объем × плотность = 200 мл × 1,08 г/мл = 216 г.
Посчитаем массу серной кислоты в растворе:
Массовая доля серной кислоты (w) = 15% = 0,15
Масса серной кислоты (m_H2SO4) = w × м = 0,15 × 216 г = 32,4 г.Теперь найдем количество молей серной кислоты:
Молярная масса серной кислоты (H2SO4) = 2 × 1 + 32 + 4 × 16 = 98 г/моль.
Количество молей серной кислоты (n_H2SO4) = масса / молярная масса = 32,4 г / 98 г/моль ≈ 0,331 моль.
Согласно реакции:
\( CaCO_3 + H_2SO_4 \rightarrow CaSO_4 + H_2O + CO_2 \)
Из уравнения видно, что на 1 моль карбоната кальция (CaCO3) и 1 моль серной кислоты (H2SO4) образуется 1 моль сульфата кальция (CaSO4) и 1 моль углекислого газа (CO2). Это означает, что количество молей сульфата кальция будет равно количеству молей серной кислоты:
\( n_{CaSO4} = n_{H2SO4} = 0,331 \, моль. \)
Теперь найдем массу сульфата кальция:
Молярная масса сульфата кальция (CaSO4) = 40 + 32 + 4 × 16 = 136 г/моль.
Масса сульфата кальция (m_CaSO4) = n × молярная масса = 0,331 моль × 136 г/моль ≈ 45,036 г.
Теперь найдем количество молей углекислого газа (CO2):
Из уравнения реакции видно, что количество молей углекислого газа будет равно количеству молей CaCO3, то есть также 0,331 моль.
И, наконец, количество молекул CO2:
Используем число Авогадро (\( N_A \approx 6,022 \times 10^{23} \) молекул/моль):
Количество молекул CO2 = \( n_{CO2} \times N_A = 0,331 \, моль \times 6,022 \times 10^{23} \, \text{молекул/моль} \approx 1,994 \times 10^{23} \) молекул.
Таким образом, в результате реакции образуется приблизительно 45,036 г сульфата кальция, и выделится около \( 1,994 \times 10^{23} \) молекул углекислого газа.
