Задание №34 — Типы расчётных задач
В колбу с холодным раствором серной кислоты внесли пероксид бария,
при этом оба вещества между собой прореагировали полностью.
В образовавшемся растворе соотношение числа атомов водорода и атомов кислорода составило 9 : 5. Затем в колбу добавили каталитическое количество оксида марганца(IV). При этом произошла реакция, в результате которой масса раствора в колбе уменьшилась на 6,4 г. Вычислите массовую долю серной кислоты, которая содержалась в исходном растворе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи,
и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).
Проверка решения с помощью ИИ доступна авторизованным пользователям
Решение. Пероксид бария с серной кислотой даёт нерастворимый сульфат бария и пероксид водорода; на холоду пероксид водорода устойчив, а при внесении катализатора MnO2 он разлагается с выделением кислорода.
Уравнения реакций:
BaO2 + H2SO4 → BaSO4↓ + H2O2
2H2O2 → (MnO2) 2H2O + O2↑
Состав раствора после первой реакции. Оба вещества прореагировали полностью, значит взяты в равных количествах: n(BaO2) = n(H2SO4) = x моль. Сульфат бария выпал в осадок, поэтому в растворе остались только H2O2 (x моль) и вода исходного раствора кислоты (пусть y моль).
Атомы водорода: 2x + 2y; атомы кислорода: 2x + y.
(2x + 2y) : (2x + y) = 9 : 5, отсюда 10x + 10y = 18x + 9y, отсюда y = 8x.
Разложение пероксида водорода. Масса раствора уменьшается ровно на массу улетевшего кислорода:
n(O2) = 6,4 г / 32 г/моль = 0,2 моль; по уравнению n(H2O2) = 2 · 0,2 моль = 0,4 моль, то есть x = 0,4 моль.
Тогда y = 8 · 0,4 = 3,2 моль; m(H2O) = 3,2 моль · 18 г/моль = 57,6 г.
Исходный раствор кислоты. m(H2SO4) = 0,4 моль · 98 г/моль = 39,2 г;
m(р-ра) = 39,2 г + 57,6 г = 96,8 г.
Массовая доля кислоты: w(H2SO4) = 39,2 г / 96,8 г · 100 % = 40,50 %.
Проверка: в растворе после первой реакции N(H) = 2 · 0,4 + 2 · 3,2 = 7,2 моль, N(O) = 2 · 0,4 + 3,2 = 4,0 моль; 7,2 : 4,0 = 9 : 5 — соотношение из условия выполнено.
Ответ: BaO2 + H2SO4 → BaSO4↓ + H2O2; 2H2O2 → (MnO2) 2H2O + O2↑; w(H2SO4) = 40,50 %.
Источник: ФИПИ