Дано:
- Масса воды (m(H2O)) = 10,8 г = 0,0108 кг
- Объем газа (V(gas)) = 4,48 л = 0,00448 м³ = 0,00448 м³ * 101325 Па/м² = 452,1 Дж (необходимо для расчета массы газа)
- Температура и давление в нормальных условиях (n. u.): T = 273 K, P = 101325 Па
Находим количество вещества воды:
n(H2O) = m(H2O) / M(H2O), где M(H2O) = 18 г/моль
n(H2O) = 10,8 г / 18 г/моль = 0,6 моль
Обрабатываемая смесь состоит из гидроксида калия (KOH) и карбоната калия (K2CO3). При реакции с серной кислотой выделяется газ (в данном случае углекислый газ CO2) и вода.
Реакция между карбонатом калия и серной кислотой:
K2CO3 + H2SO4 → K2SO4 + H2O + CO2↑
Количество вещества углекислого газа можно найти по объему газа при н. у.:
n(CO2) = V(gas) / V(molar), где V(molar) = 22,4 л/моль (при n.u.)
n(CO2) = 4,48 л / 22,4 л/моль = 0,2 моль
Теперь найдём количество вещества K2CO3, которое реагировало:
Из уравнения видно, что на 1 моль K2CO3 образуется 1 моль CO2.
Следовательно, n(K2CO3) = n(CO2) = 0,2 моль.
Также учитываем, что каждый моль KOH дает один моль H2O.
Итак, количество KOH будет равно количеству H2O, полученному в процессе реакции:
Суммарно:
- Для K2CO3: 0,2 моль
- Для KOH: 0,6 моль - 0,2 моль = 0,4 моль (т.к. часть ушла на образование H2O)
Теперь нужно рассчитать массу щелочи в исходной смеси.
Молярная масса KOH = 39 + 1 + 16 = 56 г/моль
Молярная масса K2CO3 = 39*2 + 12 + 16*3 = 138 г/моль
Масса KOH:
m(KOH) = n(KOH) * M(KOH) = 0,4 моль * 56 г/моль = 22,4 г
Масса K2CO3:
m(K2CO3) = n(K2CO3) * M(K2CO3) = 0,2 моль * 138 г/моль = 27,6 г
Общая масса смеси:
m(total) = m(KOH) + m(K2CO3) = 22,4 г + 27,6 г = 50 г
Теперь вычислим массовую долю щёлочи в исходной смеси:
w(щелочь) = m(KOH) / m(total) * 100%
w(щелочь) = 22,4 г / 50 г * 100% = 44,8%
Ответ:
Массовая доля щёлочи в исходной смеси составляет 44,8%.