Дано:
- масса сульфида алюминия Al2S3: m(Al2S3) = 5,35 г,
- массовая доля серной кислоты: C(H2SO4) = 32%,
- плотность серной кислоты: ρ(H2SO4) = 1,24 г/мл.
Найти:
1. Количество газа (SO2), выделившегося при реакции.
2. Объем раствора серной кислоты, необходимого для полного растворения осадка.
Решение:
1. Сначала найдем количество вещества сульфида алюминия.
Молекулярная масса Al2S3:
M(Al2S3) = 2 * 26,98 + 3 * 32,06 = 101,96 г/моль.
Количество вещества сульфида алюминия:
n(Al2S3) = m(Al2S3) / M(Al2S3) = 5,35 г / 101,96 г/моль = 0,0525 моль.
2. Реакция с водой:
Al2S3 + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2S.
Из уравнения видно, что 1 моль Al2S3 дает 3 моля H2S.
Количество вещества H2S:
n(H2S) = 0,0525 моль * 3 = 0,1575 моль.
Молекулярная масса H2S = 2 * 1 + 32,06 = 34,06 г/моль.
Масса H2S:
m(H2S) = n(H2S) * M(H2S) = 0,1575 моль * 34,06 г/моль = 5,37 г.
H2S при растворении в воде выделяет SO2, поэтому масса SO2 равна массе H2S.
3. Объем газа SO2, выделившегося при реакции, найдем по уравнению состояния идеального газа:
V(SO2) = n(SO2) * R * T / P.
Пусть температура T = 298 K, давление P = 1 атм, а газовая постоянная R = 0,0821 Л·атм/(моль·К).
V(SO2) = 0,1575 моль * 0,0821 Л·атм/(моль·К) * 298 K / 1 атм = 3,86 Л.
4. Теперь найдем объем раствора серной кислоты, необходимого для нейтрализации получившегося осадка (Al(OH)3).
Для нейтрализации Al(OH)3 с серной кислотой протекает следующая реакция:
2Al(OH)3 + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 6H2O.
Из уравнения видно, что 2 моль Al(OH)3 нейтрализуются 3 моль H2SO4.
Количество вещества Al(OH)3:
n(Al(OH)3) = n(Al2S3) * 2 = 0,0525 моль * 2 = 0,105 моль.
Количество вещества H2SO4:
n(H2SO4) = n(Al(OH)3) * 3 / 2 = 0,105 моль * 3 / 2 = 0,1575 моль.
Молекулярная масса H2SO4 = 2 * 1 + 32 + 4 * 16 = 98 г/моль.
Масса H2SO4:
m(H2SO4) = n(H2SO4) * M(H2SO4) = 0,1575 моль * 98 г/моль = 15,45 г.
5. Рассчитаем объем раствора серной кислоты, который содержит 15,45 г H2SO4. Для этого используем плотность и массовую долю:
масса раствора серной кислоты:
m(раствор) = m(H2SO4) / C(H2SO4) = 15,45 г / 0,32 = 48,22 г.
Объем раствора:
V(раствор) = m(раствор) / ρ(H2SO4) = 48,22 г / 1,24 г/мл = 38,9 мл = 0,0389 л.
Ответ:
1. Объем газа SO2, выделившегося при реакции: 3,86 л.
2. Объем раствора серной кислоты: 0,0389 л.