Дано:
Масса 17%-го раствора серной кислоты: m(раствор) = 350 г
Массовая доля серной кислоты в растворе: w(H2SO4) = 17%
Объем выделившегося газа (при нормальных условиях): V(gas) = 5,67 л
Молекулярная масса серной кислоты: M(H2SO4) = 98 г/моль
Молекулярная масса карбида алюминия: M(Al4C3) = 143 г/моль
Газ, выделившийся при реакции карбида алюминия с серной кислотой, это ацетилен (C2H2).
Реакция:
Al4C3 + 6 H2SO4 → 4 AlSO4 + 3 C2H2 ↑
1. Найдем количество вещества серной кислоты в растворе:
Масса серной кислоты в растворе:
m(H2SO4) = w(H2SO4) * m(раствор) = 0,17 * 350 г = 59,5 г
Количество вещества серной кислоты:
n(H2SO4) = m(H2SO4) / M(H2SO4) = 59,5 г / 98 г/моль = 0,607 моль
2. Найдем количество вещества газа (ацетилена), который выделился при реакции:
При нормальных условиях 1 моль газа занимает объем 22,4 л. Количество вещества газа:
n(gas) = V(gas) / 22,4 л = 5,67 л / 22,4 л/моль = 0,253 моль
3. Определим количество вещества карбида алюминия, который прореагировал:
Из уравнения реакции видно, что на 1 моль карбида алюминия выделяется 3 моль ацетилена. Следовательно, количество вещества карбида алюминия:
n(Al4C3) = n(gas) / 3 = 0,253 моль / 3 = 0,0843 моль
Масса карбида алюминия:
m(Al4C3) = n(Al4C3) * M(Al4C3) = 0,0843 моль * 143 г/моль = 12,1 г
4. Рассчитаем массу серной кислоты, которая осталась после реакции:
По уравнению реакции для 1 моль карбида алюминия требуется 6 моль серной кислоты. Следовательно, для 0,0843 моль карбида алюминия потребуется:
m(H2SO4) (потребная) = 6 * n(Al4C3) * M(H2SO4) = 6 * 0,0843 моль * 98 г/моль = 49,5 г
Масса оставшейся серной кислоты:
m(H2SO4) (оставшаяся) = m(H2SO4) (в исходном растворе) - m(H2SO4) (потребная) = 59,5 г - 49,5 г = 10 г
5. Теперь найдем массу всего раствора после реакции:
Масса раствора после реакции:
m(раствор после) = m(раствор) - m(Al4C3) = 350 г - 12,1 г = 337,9 г
6. Массовая доля серной кислоты в полученном растворе:
w(H2SO4) (после реакции) = m(H2SO4) (оставшаяся) / m(раствор после) * 100% = 10 г / 337,9 г * 100% ≈ 2,96%
Ответ: Массовая доля серной кислоты в полученном растворе после реакции ≈ 2,96%.