Определи в процентах массовую долю серной кислоты, если для полной нейтрализации 20 г её раствора потребовался раствор, в котором содержится 3 г гидроксида натрия.
Чтобы определить массовую долю серной кислоты в растворе, 먼저 разберемся с химической реакцией, которая происходит между серной кислотой (H₂SO₄) и гидроксидом натрия (NaOH):
\[ \text{H}_2\text{SO}_4 + 2 \text{NaOH} \rightarrow \text{Na}_2\text{SO}_4 + 2 \text{H}_2\text{O} \]
Из уравнения видно, что 1 моль серной кислоты реагирует с 2 молями гидроксида натрия.
Шаг 1: Найти количество вещества NaOH
Сначала найдем количество вещества (моли) гидроксида натрия в 3 г:
Находим молярную массу NaOH.
- Na: 23 г/моль
- O: 16 г/моль
- H: 1 г/моль
- Молярная масса NaOH = 23 + 16 + 1 = 40 г/моль
Расчитаем количество вещества NaOH в 3 г:
\[ n(\text{NaOH}) = \frac{m(\text{NaOH})}{M(\text{NaOH})} = \frac{3 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} = 0.075 \text{ моль} \]
Шаг 2: Найти количество вещества H₂SO₄
Согласно уравнению реакции, 2 моль NaOH реагируют с 1 моль H₂SO₄. Поэтому количество моль H₂SO₄:
\[ n(\text{H}_2\text{SO}_4) = \frac{n(\text{NaOH})}{2} = \frac{0.075}{2} = 0.0375 \text{ моль} \]
Шаг 3: Найти массу H₂SO₄
Теперь вычислим массу H₂SO₄, используя его молярную массу.
Найдем молярную массу H₂SO₄:
- H: 1 г/моль (2 атома) = 2 г/моль
- S: 32 г/моль
- O: 16 г/моль (4 атома) = 64 г/моль
- Молярная масса H₂SO₄ = 2 + 32 + 64 = 98 г/моль
Теперь рассчитаем массу H₂SO₄ в 0.0375 моль:
\[ m(\text{H}_2\text{SO}_4) = n(\text{H}_2\text{SO}_4) \times M(\text{H}_2\text{SO}_4) = 0.0375 \text{ моль} \times 98 \text{ г/моль} = 3.675 \text{ г} \]
Шаг 4: Найти массовую долю серной кислоты в растворе
Теперь мы знаем, что в 20 г раствора содержится 3.675 г H₂SO₄. Найдем массовую долю серной кислоты в процентах:
\[ \text{Массовая доля} = \left( \frac{m(\text{H}_2\text{SO}_4)}{m(\text{раствор})} \right) \times 100\% = \left( \frac{3.675 \text{ г}}{20 \text{ г}} \right) \times 100\% = 18.375\% \]
Ответ:
Массовая доля серной кислоты в растворе составляет примерно 18.38%.
