дано:
- объем раствора H2SO4 = 160 мл = 0,160 л
- массовая доля H2SO4 = 25%
- плотность раствора H2SO4 = 1,18 г/мл
- объем раствора NaOH = 250 мл = 0,250 л
- массовая доля NaOH = 18%
- плотность раствора NaOH = 1,2 г/мл
найти:
- массу воды, которую нужно добавить, чтобы массовая доля сульфата натрия (Na2SO4) составила 3,5%.
решение:
1. Рассчитаем массу серной кислоты в растворе:
масса H2SO4 = объем * плотность * массовая доля
масса H2SO4 = 0,160 л * 1,18 г/мл * 0,25 = 0,0472 кг = 47,2 г
2. Рассчитаем массу гидроксида натрия в растворе:
масса NaOH = объем * плотность * массовая доля
масса NaOH = 0,250 л * 1,2 г/мл * 0,18 = 0,054 kg = 54 г
3. Определим количество H2SO4 и NaOH:
молярная масса H2SO4 = 2*1 + 32 + 4*16 = 98 г/моль
молярная масса NaOH = 23 + 16 + 1 = 40 г/моль
количество H2SO4 = 47,2 г / 98 г/моль = 0,482 mol
количество NaOH = 54 г / 40 г/моль = 1,35 mol
4. Реакция нейтрализации:
H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O
Из уравнения видно, что на 1 моль H2SO4 требуется 2 моля NaOH. Поскольку H2SO4 является лимитирующим реагентом, определяем, сколько NaOH будет использовано:
количество NaOH, необходимое для реакции с 0,482 mol H2SO4 = 0,482 mol * 2 = 0,964 mol
Остаток NaOH:
количество остаточного NaOH = 1,35 mol - 0,964 mol = 0,386 mol
5. После реакции образуется:
масса Na2SO4:
молярная масса Na2SO4 = 2*23 + 32 + 4*16 = 142 г/моль
количество Na2SO4 = 0,482 mol
масса Na2SO4 = 0,482 mol * 142 г/моль = 68,564 g
6. Общая масса полученного раствора без добавления воды:
масса раствора = масса H2SO4 + масса NaOH + масса воды (вода не влияет на подсчет, пока мы ее ищем)
масса раствора = 47,2 г + 54 г = 101,2 г
7. Масса общего раствора после реакции:
масса раствора = 101,2 г + 68,564 г = 169,764 г
8. Составим уравнение для массовой доли Na2SO4 в конечном растворе с добавленной водой:
(масса Na2SO4 / (масса раствора + масса воды)) * 100% = 3,5%
Зададим массу воды как x:
68,564 / (169,764 + x) = 0,035
9. Упростим уравнение:
68,564 = 0,035 * (169,764 + x)
68,564 = 5,93 + 0,035x
68,564 - 5,93 = 0,035x
62,634 = 0,035x
x = 62,634 / 0,035
x ≈ 1780,97 г
ответ:
Необходимо добавить примерно 1781 г воды, чтобы массовая доля сульфата натрия составила 3,5%.