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…

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%).