Задание 34 ЕГЭ по химии

Уравнения реакций:

[1] SO3 + H2O = H2SO4

[2] H2SO4 + Ba(OH)2 = BaSO4↓ + 2H2O

[3] SO3(олеум) + 2NaOH = Na2SO4 + H2O

[4] H2SO4(олеум) + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O

Расчёты: m(р-ра H2SO4) = 625·1,04 = 650 г; n(H2SO4)исх = 0,5·0,625 = 0,5 моль; m(SO3)олеум = 37,4 − 80x ...; n(BaSO4) = 209,7/233 = 0,9 моль; решение системы даёт x; итог ω(Na2SO4) = 56,8/437,4 ≈ 0,13 (13%).

(Полные вычисления приведены в книге.)

Подробный разбор

Уравнения реакций:

1. $SO_{3} + H_{2}O = H_{2}SO_{4}$

2. $H_{2}SO_{4} + Ba(OH)_{2} = BaSO_{4}\downarrow + 2H_{2}O$

3. $SO_{3} + 2NaOH = Na_{2}SO_{4} + H_{2}O$

4. $H_{2}SO_{4} + 2NaOH = Na_{2}SO_{4} + 2H_{2}O$

Расчёты:

1. Масса и количество вещества исходного раствора: $m(\text{р-ра } H_{2}SO_{4}) = 625\ \text{мл} \cdot 1{,}04\ \text{г/мл} = 650\ \text{г}$; $n(H_{2}SO_{4}) = 0{,}8\ \text{моль/л} \cdot 0{,}625\ \text{л} = 0{,}5\ \text{моль}$.

2. Олеум — это раствор $SO_{3}$ в серной кислоте, и весь его оксид переходит в кислоту по уравнению 1. Значит, вся сера конечного раствора осаждается барием: по уравнению 2 $n(H_{2}SO_{4}) = n(BaSO_{4}) = \dfrac{209{,}7\ \text{г}}{233\ \text{г/моль}} = 0{,}9\ \text{моль}$.

3. Из олеума пришло $0{,}9 - 0{,}5 = 0{,}4\ \text{моль}$ серы. Пусть в олеуме $x$ моль $SO_{3}$ и $y$ моль $H_{2}SO_{4}$, тогда $x + y = 0{,}4$ и $80x + 98y = 37{,}4$. Подстановка даёт $80x + 98(0{,}4 - x) = 37{,}4$, откуда $18x = 1{,}8$, $x = 0{,}1\ \text{моль}\ SO_{3}$ и $y = 0{,}3\ \text{моль}\ H_{2}SO_{4}$. Проверка: $0{,}1 \cdot 80 + 0{,}3 \cdot 98 = 8 + 29{,}4 = 37{,}4\ \text{г}$.

4. Такую же порцию олеума (37,4 г) вносят в 400 г раствора $NaOH$, взятого в избытке, поэтому оба компонента олеума нацело дают одну и ту же соль: по уравнению 3 $n(Na_{2}SO_{4}) = n(SO_{3}) = 0{,}1\ \text{моль}$, по уравнению 4 $n(Na_{2}SO_{4}) = n(H_{2}SO_{4}) = 0{,}3\ \text{моль}$. Всего $n(Na_{2}SO_{4}) = 0{,}1 + 0{,}3 = 0{,}4\ \text{моль}$, $m(Na_{2}SO_{4}) = 0{,}4\ \text{моль} \cdot 142\ \text{г/моль} = 56{,}8\ \text{г}$.

5. Газов и осадка здесь нет, поэтому масса раствора — сумма масс: $m(\text{р-ра}) = 400\ \text{г} + 37{,}4\ \text{г} = 437{,}4\ \text{г}$.

6. $\omega(Na_{2}SO_{4}) = \dfrac{56{,}8\ \text{г}}{437{,}4\ \text{г}} \approx 0{,}13$, то есть $13\%$.

Ответ: $\omega(Na_{2}SO_{4}) \approx 13\%$.