Рассчитайте объём 14,7%-ного раствора серной кислоты (плотность 1,105 г/мл), который необходимо добавить к суль фиду железа (1) для получения сероводорода объёмом 8,4 л (н.у.).

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.