Олеум массой 114 г, в котором общее число электронов в 58 раз больше числа Авогадро, растворили в 26 г воды, затем добавили 23,2 г железной окалины и нагрели. Вычислите массовую долю соли в конечном растворе. Возможным образованием кислых солей пренебречь. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения и обозначения искомых физических величин).
💡 Пошаговый разбор и решение:
1. Запишем уравнения протекающих реакций и найдем количества исходных веществ:
$\ChemFormSO_3 + H_2O = H_2SO_4$
$\ChemForm2Fe_3O_4 + 10H_2SO_4 = 3Fe_2 ( SO_4 ) _3 + SO_2 + 10H_2O$
Число моль электронов в олеуме:
$\it N_A\rm = 6,02 \cdot 10 в степени ( 23 )$
$\it N_электронов\rm = 58\it N_A\rm$
$\it\nu\rm_электронов = $\frac{\it N_электронов\rm}{\it N_A\rm}$ = $\frac{58\it N_A\rm}{\it N_A\rm}$ = 58 моль$
Пусть $\nu\rm ( SO_3 ) = x$ моль, а $\nu\rm ( H_2SO_4 ) = y$ моль. Тогда $\it\nu\rm ( SO_3 ) _электронов = 40x$ моль, а $\it\nu\rm ( H_2SO_4 ) _электронов = 50y$ моль. Отсюда:
$40x + 50y = 58$
$\it m\rm ( SO_3 ) + \it m\rm ( H_2SO_4 ) = 114$
$80\it x\rm + 98\it y\rm = 114$
Составим систему уравнений:
$$$\begin{cases} 40x + 50y = 58 \\[6pt] 80x + 98y = 114. \end{cases}$$$
Тогда
$$$\begin{cases} x = 0 \\[6pt] 2 моль \\[6pt] y = 1 моль \end{cases}$$$
следовательно, $\nu\rm ( SO_3 ) = 0,2 моль$ и $\nu\rm ( H_2SO_4 ) = 1 моль$
2. Найдем количество вещества серной кислоты, образовавшейся при растворении олеума в воде:
$\it\nu\rm ( H_2O ) = \frac{\it m\rm ( H_2O )}{\it M\rm ( H_2O}$
$\it\nu\rm ( H_2O ) = $\frac{26}{18}$ = 1,44 моль$
$\it\nu_1\rm ( H_2SO_4 ) = \it\nu\rm ( SO_3 ) = 0,2 моль$
3. Найдем общее количество вещества и массу серной кислоты после растворения олеума в воде:
$\it\nu\rm_общ. = 1 + 0,2 = 1,2 моль$
4. Найдем число моль железной окалины:
$\nu\rm ( Fe_3O_4 ) = $\frac{23,2}{232}$ = 0,1 моль$
$\it\nu\rm ( H_2SO_4 ) : \it\nu\rm ( Fe_3O_4 ) = $\frac{1,2}{10}$ : \frac{0,1}{2}$
Следовательно, серная кислота находится в избытке.
5. Найдем количество вещества и массу сульфата железа(III):
$\it\nu\rm ( Fe_2 ( SO_4 ) _3 ) = $\frac{3}{2}$ \it\nu\rm ( Fe_3O_4 ) = $\frac{3}{2}$ \cdot 0,1 = 0,15 моль$
$\it m\rm ( Fe_2 ( SO_4 ) _3 ) = \it\nu\rm ( Fe_2 ( SO_4 ) _3 ) \cdot \it M\rm ( Fe_2 ( SO_4 ) _3 )$
$\it m\rm ( Fe_2 ( SO_4 ) _3 ) = 0,15 \cdot 400 = 60 г$
6. Найдем количество вещества и массу сернистого газа:
$\it\nu\rm ( SO_2 ) = $\frac{1}{2}$ \it\nu\rm ( Fe_3O_4 ) = $\frac{1}{2}$ \cdot 0,1 = 0,05 моль$
$\it m\rm ( SO_2 ) = \it\nu\rm ( SO_2 ) \cdot \it M\rm ( SO_2 )$
$\it m\rm ( SO_2 ) = 0,05 \cdot 64 = 3,2 г$
7. Найдем массу конечного раствора и массовую долю соли в конечном растворе:
$\it m\rm_р - ра = 114 г + 26 г + 23,2 г - 3,2 г = 160 г$
$\omega\rm ( Fe_2 ( SO_4 ) _3 ) = \frac{\it m\rm ( Fe_2 ( SO_4 ) _3 )}{\it m\rm_р - ра}$
$\omega\rm ( Fe_2 ( SO_4 ) _3 ) = $\frac{60 г}{160 г}$ = 0,375 или 37,5\%$
$\ChemFormSO_3 + H_2O = H_2SO_4$
$\ChemForm2Fe_3O_4 + 10H_2SO_4 = 3Fe_2 ( SO_4 ) _3 + SO_2 + 10H_2O$
Число моль электронов в олеуме:
$\it N_A\rm = 6,02 \cdot 10 в степени ( 23 )$
$\it N_электронов\rm = 58\it N_A\rm$
$\it\nu\rm_электронов = $\frac{\it N_электронов\rm}{\it N_A\rm}$ = $\frac{58\it N_A\rm}{\it N_A\rm}$ = 58 моль$
Пусть $\nu\rm ( SO_3 ) = x$ моль, а $\nu\rm ( H_2SO_4 ) = y$ моль. Тогда $\it\nu\rm ( SO_3 ) _электронов = 40x$ моль, а $\it\nu\rm ( H_2SO_4 ) _электронов = 50y$ моль. Отсюда:
$40x + 50y = 58$
$\it m\rm ( SO_3 ) + \it m\rm ( H_2SO_4 ) = 114$
$80\it x\rm + 98\it y\rm = 114$
Составим систему уравнений:
$$$\begin{cases} 40x + 50y = 58 \\[6pt] 80x + 98y = 114. \end{cases}$$$
Тогда
$$$\begin{cases} x = 0 \\[6pt] 2 моль \\[6pt] y = 1 моль \end{cases}$$$
следовательно, $\nu\rm ( SO_3 ) = 0,2 моль$ и $\nu\rm ( H_2SO_4 ) = 1 моль$
2. Найдем количество вещества серной кислоты, образовавшейся при растворении олеума в воде:
$\it\nu\rm ( H_2O ) = \frac{\it m\rm ( H_2O )}{\it M\rm ( H_2O}$
$\it\nu\rm ( H_2O ) = $\frac{26}{18}$ = 1,44 моль$
$\it\nu_1\rm ( H_2SO_4 ) = \it\nu\rm ( SO_3 ) = 0,2 моль$
3. Найдем общее количество вещества и массу серной кислоты после растворения олеума в воде:
$\it\nu\rm_общ. = 1 + 0,2 = 1,2 моль$
4. Найдем число моль железной окалины:
$\nu\rm ( Fe_3O_4 ) = $\frac{23,2}{232}$ = 0,1 моль$
$\it\nu\rm ( H_2SO_4 ) : \it\nu\rm ( Fe_3O_4 ) = $\frac{1,2}{10}$ : \frac{0,1}{2}$
Следовательно, серная кислота находится в избытке.
5. Найдем количество вещества и массу сульфата железа(III):
$\it\nu\rm ( Fe_2 ( SO_4 ) _3 ) = $\frac{3}{2}$ \it\nu\rm ( Fe_3O_4 ) = $\frac{3}{2}$ \cdot 0,1 = 0,15 моль$
$\it m\rm ( Fe_2 ( SO_4 ) _3 ) = \it\nu\rm ( Fe_2 ( SO_4 ) _3 ) \cdot \it M\rm ( Fe_2 ( SO_4 ) _3 )$
$\it m\rm ( Fe_2 ( SO_4 ) _3 ) = 0,15 \cdot 400 = 60 г$
6. Найдем количество вещества и массу сернистого газа:
$\it\nu\rm ( SO_2 ) = $\frac{1}{2}$ \it\nu\rm ( Fe_3O_4 ) = $\frac{1}{2}$ \cdot 0,1 = 0,05 моль$
$\it m\rm ( SO_2 ) = \it\nu\rm ( SO_2 ) \cdot \it M\rm ( SO_2 )$
$\it m\rm ( SO_2 ) = 0,05 \cdot 64 = 3,2 г$
7. Найдем массу конечного раствора и массовую долю соли в конечном растворе:
$\it m\rm_р - ра = 114 г + 26 г + 23,2 г - 3,2 г = 160 г$
$\omega\rm ( Fe_2 ( SO_4 ) _3 ) = \frac{\it m\rm ( Fe_2 ( SO_4 ) _3 )}{\it m\rm_р - ра}$
$\omega\rm ( Fe_2 ( SO_4 ) _3 ) = $\frac{60 г}{160 г}$ = 0,375 или 37,5\%$
📚 Похожие разобранные задания по предмету:
ID 125249 • Задание №31
К раствору бромоводородной кислоты добавили гидрокарбонат калия, в результате чего наблюдали выделение бесцвет...
ID 119177 • Задание №11
Из предложенного перечня выберите две пары веществ, в каждой из которых вещества не являются изомерами.
1. Ц...
Официальные критерии проверки ФИПИ:
Критерии проверки:
Критерии оценивания выполнения задания | Баллы
Ответ правильный и полный, содержит все названные выше элементы | 4
В ответе допущена ошибка в одном из названных выше элементов | 3
В ответе допущены ошибки в двух из названных выше элементов | 2
В ответе допущены ошибки в трех из названных выше элементов | 1
Все элементы ответа записаны неверно | 0
Максимальный балл | 4
Критерии оценивания выполнения задания | Баллы
Ответ правильный и полный, содержит все названные выше элементы | 4
В ответе допущена ошибка в одном из названных выше элементов | 3
В ответе допущены ошибки в двух из названных выше элементов | 2
В ответе допущены ошибки в трех из названных выше элементов | 1
Все элементы ответа записаны неверно | 0
Максимальный балл | 4
🔗 Другие задания линии №34 по предмету Химия:
ID 126200
При нагревании образца карбоната кальция часть вещества разложилась. При этом выделилось 4,48 л...
ID 126201
Навеску гидрокарбоната натрия прокаливали в течение непродолжительного времени и получили тверд...
ID 126202
Навеску основного карбоната меди прокаливали в течение непродолжительного времени и получили тв...
ID 126203
Навеску технического карбоната кальция массой 8,00 г растворили в избытке соляной кислоты. К по...
ID 126204
Железную проволоку массой 0,295 г растворили при нагревании в избытке разбавленной азотной кисл...