В связи с сильным загрязнением атмосферы оксидами серы в районе Аньшаньского металлургического комбината в Китае в 1981 г. выпали осадки со значением рН 2,25. Рассчитайте массовую долю серной кислоты, содержащейся в этом кислотном дожде. Плотность дождевой воды считайте равной 1000 г/л.
дано найти решение формула ответ
Задача: pH дождя = 2,25; плотность дождевой воды = 1,0 г/мл = 1000 г/л. Найти массовую долю серной кислоты в дождевом осадке.
Предположения (обычно для учебной задачи):
- Осадки содержат в основном серную кислоту H2SO4.
- Обе протонирования H2SO4 в растворе принимаются как значимые: каждая молекула H2SO4 может дать два иона H+, т.е. [H+] = 2·C(H2SO4). Это распространённое упрощение для слабокислотной среды дождя.
- Плотность раствора ≈ плотности воды; можно считать, что на 1 л раствора весит примерно 1000 г воды плюс добавленная масса кислоты.
Пусть: pH = 2,25 → [H+] = 10^(-pH).
1) Определение концентрации H+:
- [H+] = 10^(-2,25) ≈ 5,62 × 10^(-3) М.
2) Концентрация серной кислоты (при предположении полной диссоциации обоих протонов):
- C(H2SO4) = [H+] / 2 ≈ 2,81 × 10^(-3) М.
3) Масса H2SO4 в 1 л дождевой воды:
- Молярная масса H2SO4 ≈ 98,08 г/моль.
- Масса кислоты на 1 л: m(H2SO4) = C(H2SO4) × M(H2SO4)
≈ (2,81 × 10^(-3) моль/л) × (98,08 г/моль) ≈ 0,276 г/л.
4) Массовая доля H2SO4 в дождевой воде:
- Масса воды в 1 л ≈ ρ × V = 1000 г.
- Масса раствора ≈ масса воды + масса растворённой кислоты ≈ 1000 г + 0,276 g ≈ 1000,276 g.
- Массовая доля w(H2SO4) = m(H2SO4) / m(раствора)
≈ 0,276 g / 1000,276 g ≈ 2,75 × 10^(-4).
Ответ в разных формах:
- Массовая доля: w ≈ 2,75 × 10^(-4) (безразмерная).
- В процентах: ≈ 0,0275%.
Примечания:
- Если не учитывать второй протон (случайно считать H2SO4 как одноосновную кислоту), то [H+] = C(H2SO4) и C(H2SO4) ≈ 5,62 × 10^(-3) М, что даст примерно в 2 раза большую массу H2SO4 на литр (около 0,55 г/л) и соответственно примерно вдвое большую массовую долю ≈ 0,055%. Но для данной задачи принято считать обе протонирования.
Итог: при pH 2,25 и принятых допущениях массовая доля серной кислоты в кислотном дожде ≈ 2,75 × 10^(-4) (≈ 0,0275%).
