дано:
- Масса смеси углерода и серы: 27,6 г.
- Объем кислорода (н. у.): 31,36 дм3.
- Плотность раствора КОН: 1,098 г/см3.
- Массовая доля КОН в растворе: 8,36 %.
- Объем раствора КОН: 1,00 дм3.
найти:
а) Массовую долю серы в исходной смеси.
б) Уравнения реакций при растворении продуктов сгорания в растворе КОН.
в) Массовые доли солей в полученном растворе.
решение:
а)
1. Рассчитаем количество молей кислорода, необходимого для сгорания смеси:
PV = nRT → n = PV/RT, где P = 101325 Па, V = 31,36 * 10^-3 м3, R = 8,314 Дж/(моль·К), T = 273,15 + 20 К = 293,15 К.
n = (101325 * 31,36 * 10^-3) / (8,314 * 293,15) ≈ 1,27 моль O2.
2. Определим реакции сгорания:
C + O2 → CO2
S + O2 → SO2
3. По стехиометрии реакции:
1 моль C требует 1 моль O2,
1 моль S требует 1 моль O2.
Таким образом, общее количество кислорода, использованного для сгорания углерода и серы:
n(C) + n(S) = n(O2).
Обозначим x - количество молей углерода, а y - количество молей серы.
x + y = 1,27.
4. Запишем массу смеси:
m(C) + m(S) = 27,6 г.
Молярная масса C = 12 г/моль, S = 32 г/моль.
m(C) = 12x, m(S) = 32y.
12x + 32y = 27,6.
5. У нас система уравнений:
x + y = 1,27
12x + 32y = 27,6.
Решим эту систему. Из первого уравнения выражаем x:
x = 1,27 - y.
Подставим во второе уравнение:
12(1,27 - y) + 32y = 27,6.
15,24 - 12y + 32y = 27,6.
20y = 27,6 - 15,24.
20y = 12,36.
y = 0,618 моль S.
Найдем x:
x = 1,27 - 0,618 = 0,652 моль C.
Теперь найдем массы:
m(S) = 0,618 моль * 32 г/моль = 19,78 г.
m(C) = 0,652 моль * 12 г/моль = 7,82 г.
Массовая доля серы:
массовая доля S = (m(S) / (m(C) + m(S))) * 100% = (19,78 / 27,6) * 100% ≈ 71,7%.
б) Уравнения реакций при растворении продуктов сгорания в растворе КОН:
1. CO2 + 2 KOH → K2CO3 + H2O
2. SO2 + 2 KOH → K2SO3 + H2O
в) Найдем массу КОН в растворе:
масса раствора = объем * плотность = 1,00 дм3 * 1,098 г/см3 = 1098 г.
масса КОН = 8,36 % от 1098 г = 0,0836 * 1098 = 91,75 г.
Теперь определим количество молей КОН:
молярная масса KOH = 39,1 + 16 + 1 = 56,1 г/моль.
количество молей КОН = 91,75 г / 56,1 г/моль ≈ 1,63 моль.
Рассмотрим реакции:
1. Для CO2 потребуется 2 моль KOH на 1 моль CO2.
2. Для SO2 потребуется 2 моль KOH на 1 моль SO2.
Рассчитаем, сколько молей KOH останется после реакций:
Для 0,652 моль углерода на сжигание потребуется:
CO2: 0,652 моль CO