Дано:
- Объем воды = 150 мл
- Объем сероводорода (H2S) = 415 мл
- Давление = 101,3 кПа
- Температура = 0°C
Найти:
1. Массовую долю сероводорода в растворе.
2. Массу 5%-ного раствора сульфата меди (CuSO4), необходимую для реакции со всем сероводородом.
Решение:
1. Определим количество моль сероводорода при данных условиях.
Давление и температура определяют, что сероводород можно считать идеальным газом. Для идеального газа можно использовать уравнение состояния: PV = nRT, где
P = 101,3 кПа = 101300 Па
V = 415 мл = 0,415 л
R = 8,314 Дж/(моль·К)
T = 0°C = 273,15 K
n = PV / RT
n = (101300 Па * 0,415 л) / (8,314 Дж/(моль·К) * 273,15 K)
n ≈ 0,57 моль
Молекулярная масса сероводорода (H2S) = 34 г/моль
Масса H2S = количество моль * молекулярная масса
Масса H2S = 0,57 моль * 34 г/моль ≈ 19,38 г
Массовая доля сероводорода в растворе:
Массовая доля = масса H2S / (масса H2S + масса воды)
Масса воды = 150 мл = 150 г (плотность воды ≈ 1 г/мл)
Массовая доля = 19,38 г / (19,38 г + 150 г) ≈ 0,114 или 11,4%
2. Рассчитаем массу 5%-ного раствора сульфата меди, необходимую для реакции со всем сероводородом.
Реакция сероводорода с сульфатом меди:
H2S + CuSO4 → CuS + H2SO4
Молекулярная масса сульфата меди (CuSO4) = 64 (Cu) + 32 (S) + 4 * 16 (O) = 160 г/моль
Масса сульфата меди = 19,38 г H2S * (160 г CuSO4 / 34 г H2S) ≈ 91,76 г CuSO4
Для 5%-ного раствора сульфата меди, 5 г CuSO4 содержится в 100 г раствора.
Масса раствора = 91,76 г / 0,05 ≈ 1835,2 г
Ответ:
1. Массовая доля сероводорода в растворе составляет примерно 11,4%.
2. Необходимо добавить около 1835,2 г 5%-ного раствора сульфата меди, чтобы прореагировать со всем сероводородом.