Номер 994, страница 159 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

994. Какую массу воды следует добавить к олеуму массой 220 г с массовой долей оксида серы(VI) 11,2 %, чтобы получить 100%-ную серную кислоту?

Дано:

$m(\text{олеума}) = 220 \, \text{г}$

$\omega(SO_3) = 11,2 \, \% = 0,112$

Найти:

$m(H_2O) - ?$

Решение:

Олеум — это раствор оксида серы(VI) ($SO_3$) в чистой серной кислоте ($H_2SO_4$). При добавлении воды к олеуму происходит реакция между оксидом серы(VI) и водой с образованием дополнительного количества серной кислоты. Чтобы получить 100%-ную серную кислоту, необходимо добавить ровно столько воды, сколько требуется для полного превращения свободного $SO_3$ в $H_2SO_4$.

Уравнение реакции:

$SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$

1. Сначала рассчитаем массу оксида серы(VI), содержащегося в 220 г олеума, используя его массовую долю:

$m(SO_3) = m(\text{олеума}) \cdot \omega(SO_3) = 220 \, \text{г} \cdot 0,112 = 24,64 \, \text{г}$

2. Определим молярные массы реагентов, которые нам понадобятся для дальнейших расчетов:

Молярная масса оксида серы(VI): $M(SO_3) = 32,07 + 3 \cdot 16,00 = 80,07 \, \text{г/моль}$

Молярная масса воды: $M(H_2O) = 2 \cdot 1,01 + 16,00 = 18,02 \, \text{г/моль}$

(Для упрощения расчетов можно использовать округленные значения: $M(SO_3) = 80 \, \text{г/моль}$ и $M(H_2O) = 18 \, \text{г/моль}$)

3. Найдем количество вещества (число молей) оксида серы(VI):

$n(SO_3) = \frac{m(SO_3)}{M(SO_3)} = \frac{24,64 \, \text{г}}{80 \, \text{г/моль}} = 0,308 \, \text{моль}$

4. Из уравнения реакции следует, что $SO_3$ и $H_2O$ реагируют в мольном соотношении 1:1. Следовательно, для реакции с 0,308 моль $SO_3$ потребуется такое же количество вещества воды:

$n(H_2O) = n(SO_3) = 0,308 \, \text{моль}$

5. Наконец, рассчитаем массу воды, которую необходимо добавить:

$m(H_2O) = n(H_2O) \cdot M(H_2O) = 0,308 \, \text{моль} \cdot 18 \, \text{г/моль} = 5,544 \, \text{г}$

Ответ: необходимо добавить 5,544 г воды.