Номер 8, страница 218 - гдз по химии 9 класс учебник Шиманович, Василевская

8. В раствор серной кислоты объемом 0,1 дм$^3$ $(\rho = 1,12$ г/см$^3$) внесли магний, в результате чего выделился газ объемом 4,48 дм$^3$ (н. у.). Рассчитайте массовую долю соли в образовавшемся растворе.

Дано:

$V_{р-ра(H_2SO_4)} = 0,1 \text{ дм}^3 = 0,1 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3 = 10^{-4} \text{ м}^3$
$\rho_{р-ра(H_2SO_4)} = 1,12 \text{ г/см}^3 = 1120 \text{ кг/м}^3$
$V_{газа}(H_2) = 4,48 \text{ дм}^3 = 4,48 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3$
Условия: н. у. (нормальные условия)

Найти:

$\omega_{соли}$ — ?

Решение:

1. Составим уравнение химической реакции между магнием и серной кислотой. В результате реакции образуется соль сульфат магния ($MgSO_4$) и выделяется газообразный водород ($H_2$):

$Mg + H_2SO_4 \rightarrow MgSO_4 + H_2 \uparrow$

2. Рассчитаем количество вещества выделившегося водорода ($H_2$). Поскольку объем газа дан при нормальных условиях (н. у.), мы можем использовать молярный объем газов, который при н. у. составляет $V_m = 22,4$ дм³/моль.

$n(H_2) = \frac{V(H_2)}{V_m} = \frac{4,48 \text{ дм}^3}{22,4 \text{ дм}^3/\text{моль}} = 0,2 \text{ моль}$

3. По уравнению реакции определим количество вещества образовавшейся соли ($MgSO_4$) и прореагировавшего магния ($Mg$). Стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции для $Mg$, $MgSO_4$ и $H_2$ равны 1.

$n(Mg) = n(MgSO_4) = n(H_2) = 0,2 \text{ моль}$

4. Вычислим массу образовавшейся соли ($MgSO_4$). Для этого найдем ее молярную массу:

$M(MgSO_4) = M(Mg) + M(S) + 4 \cdot M(O) = 24 + 32 + 4 \cdot 16 = 120 \text{ г/моль}$

Теперь найдем массу соли:

$m(MgSO_4) = n(MgSO_4) \cdot M(MgSO_4) = 0,2 \text{ моль} \cdot 120 \text{ г/моль} = 24 \text{ г}$

5. Для нахождения массовой доли соли необходимо рассчитать массу конечного раствора. Масса конечного раствора равна сумме масс исходного раствора кислоты и добавленного магния за вычетом массы выделившегося газа (водорода).

$m_{конечн. р-ра} = m_{исх. р-ра(H_2SO_4)} + m(Mg) - m(H_2)$

Найдем массу каждого компонента:

Масса исходного раствора серной кислоты (сначала переведем объем в см³: $0,1 \text{ дм}^3 = 100 \text{ см}^3$):

$m_{исх. р-ра(H_2SO_4)} = V \cdot \rho = 100 \text{ см}^3 \cdot 1,12 \text{ г/см}^3 = 112 \text{ г}$

Масса прореагировавшего магния ($M(Mg) = 24$ г/моль):

$m(Mg) = n(Mg) \cdot M(Mg) = 0,2 \text{ моль} \cdot 24 \text{ г/моль} = 4,8 \text{ г}$

Масса выделившегося водорода ($M(H_2) = 2$ г/моль):

$m(H_2) = n(H_2) \cdot M(H_2) = 0,2 \text{ моль} \cdot 2 \text{ г/моль} = 0,4 \text{ г}$

Теперь рассчитаем массу конечного раствора:

$m_{конечн. р-ра} = 112 \text{ г} + 4,8 \text{ г} - 0,4 \text{ г} = 116,4 \text{ г}$

6. Рассчитаем массовую долю соли ($MgSO_4$) в образовавшемся растворе по формуле:

$\omega(MgSO_4) = \frac{m(MgSO_4)}{m_{конечн. р-ра}}$

$\omega(MgSO_4) = \frac{24 \text{ г}}{116,4 \text{ г}} \approx 0,2062$

Выразим массовую долю в процентах:

$\omega(MgSO_4) = 0,2062 \cdot 100\% = 20,62\%$

Ответ: массовая доля соли в образовавшемся растворе составляет 20,62%.