Для решения этой задачи нам потребуется использовать информацию о химической реакции, плотности раствора и законы сохранения массы и объема. Давайте пошагово разберемся, как можно рассчитать необходимый объём раствора серной кислоты.
Шаг 1: Понимание химической реакции
Для получения сероводорода (( H_2S )) из сульфида железа (( FeS )), используется следующая реакция:
[
FeS + H_2SO_4 \rightarrow FeSO_4 + H_2S
]
Это указывает на то, что 1 моль сульфида железа реагирует с 1 моль серной кислоты.
Шаг 2: Нахождение объёма газа
При нормальных условиях (н.у.), 1 моль газа занимает объём 22,4 л. Чтобы найти количество молей сероводорода, которые нам нужны для получения 8,4 л газа, используем формулу:
[
n = \frac{V}{V_{m}}
]
где:
- ( V ) — объём газа (8,4 л),
- ( V_{m} ) — молярный объём газа при н.у. (22,4 л/моль).
Подставим известные значения:
[
n = \frac{8,4 , \text{л}}{22,4 , \text{л/моль}} = 0,375 , \text{моль}
]
Таким образом, нам нужно 0,375 моль серной кислоты (( H_2SO_4 )).
Шаг 3: Нахождение массы серной кислоты
Находим массу серной кислоты, учитывая её молярную массу, которая составляет примерно 98 г/моль:
[
m_{H_2SO_4} = n \times M = 0,375 , \text{моль} \times 98 , \text{г/моль} = 36,75 , \text{г}
]
Шаг 4: Нахождение объёма раствора
Теперь, чтобы найти объём 14,7%-ного раствора серной кислоты, который содержит 36,75 г серной кислоты, используем плотность и процент концентрации.
Чтобы узнать, сколько грамм раствора нам нужно, используем формулу для массовой доли:
[
w = \frac{m_{H_2SO_4}}{m_{раствора}} \times 100%
]
где:
- ( w ) — массовая доля (14,7%),
- ( m_{H_2SO_4} ) — масса серной кислоты (36,75 г).
Подставляем и находим массу раствора:
[
0,147 = \frac{36,75}{m_{раствора}}
]
[
m_{раствора} = \frac{36,75}{0,147} = 249,02 , \text{г}
]
Шаг 5: Перевод массы раствора в объём
Теперь, чтобы найти объём раствора, используем плотность:
[
\text{Плотность} = \frac{m_{раствора}}{V_{раствора}}
]
[
V_{раствора} = \frac{m_{раствора}}{\text{Плотность}} = \frac{249,02 , \text{г}}{1,105 , \text{г/мл}} \approx 225,5 , \text{мл}
]
Ответ
Для получения 8,4 л сероводорода вам потребуется примерно ( 225,5 , \text{мл} ) 14,7%-ного раствора серной кислоты.
