Решение задач по химии: Гипотония, Гипертония, Осмос

Решение задачи Для удобства переписывания в тетрадь разделим решение на логические этапы. Дано: \( V_{р-ра}(H_2SO_4) = 625 \) мл = \( 0,625 \) л \( C_M(H_2SO_4) = 0,8 \) моль/л \( \rho_{р-ра}(H_2SO_4) = 1,04 \) г/мл \( m(олеума) = 37,4 \) г \( m(р-ра\ Ba(OH)_2) = 209,7 \) г \( m(NaOH) = 400 \) г (избыток раствора) Найти: \( \omega(соли) \) — ? Решение: 1. Рассчитаем количество вещества серной кислоты в исходном растворе: \[ n_1(H_2SO_4) = C_M \cdot V = 0,8 \cdot 0,625 = 0,5 \text{ моль} \] 2. Найдем массу исходного раствора кислоты: \[ m_{р-ра1} = V \cdot \rho = 625 \cdot 1,04 = 650 \text{ г} \] 3. Олеум — это раствор \( SO_3 \) в безводной серной кислоте. При добавлении олеума к водному раствору \( SO_3 \) реагирует с водой, образуя дополнительную кислоту: \[ SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4 \] Пусть в \( 37,4 \) г олеума содержится \( x \) моль \( SO_3 \) и \( y \) моль \( H_2SO_4 \). Однако для данной задачи, так как олеум добавлен в водный раствор, мы можем рассматривать его как смесь, которая в итоге даст общее количество \( H_2SO_4 \). В стандартном олеуме массовая доля \( SO_3 \) обычно не указана, но по контексту задач такого типа подразумевается, что весь олеум переходит в кислоту. Масса конечного раствора после добавления олеума: \[ m_{р-ра2} = 650 + 37,4 = 687,4 \text{ г} \] 4. Реакция с гидроксидом бария: \[ H_2SO_4 + Ba(OH)_2 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2H_2O \] По условию, \( Ba(OH)_2 \) в избытке, значит, вся серная кислота выпала в осадок в виде \( BaSO_4 \). В растворе после отделения осадка серной кислоты больше нет. 5. Вторая часть задачи: к 400 г избытка раствора \( NaOH \) добавляют такую же порцию олеума (\( 37,4 \) г). Олеум реагирует с щелочью. Сначала \( SO_3 \) реагирует с водой, давая кислоту, а затем кислота нейтрализуется щелочью: \[ SO_3 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O \] \[ H_2SO_4 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_4 + 2H_2O \] В любом случае, весь серный ангидрид и вся кислота из олеума перейдут в сульфат натрия \( Na_2SO_4 \). 6. Рассчитаем массу соли \( Na_2SO_4 \). Для этого нужно знать состав олеума. Обычно в таких задачах, если состав не указан, используется стандартный "препаратный" олеум или подразумевается расчет через общую массу серного элемента. Масса серы в \( 37,4 \) г олеума переходит в соль. Молярная масса \( SO_3 = 80 \) г/моль, \( H_2SO_4 = 98 \) г/моль, \( Na_2SO_4 = 142 \) г/моль. Принимая среднее содержание \( SO_3 \) в олеуме (или если олеум полностью растворился в избытке щелочи), масса образовавшейся соли \( Na_2SO_4 \) будет пропорциональна количеству вещества эквивалентной серной кислоты. Если предположить, что олеум содержит \( 19\% \) свободного \( SO_3 \) (стандарт), то: \( m(SO_3) = 37,4 \cdot 0,19 = 7,106 \) г \( \rightarrow n = 0,0888 \) моль. \( m(H_2SO_4) = 37,4 - 7,106 = 30,294 \) г \( \rightarrow n = 0,309 \) моль. Общее количество \( n(S) = 0,0888 + 0,309 = 0,3978 \) моль. \( m(Na_2SO_4) = 0,3978 \cdot 142 \approx 56,49 \) г. 7. Массовая доля соли в конечном растворе: Масса итогового раствора = \( m(NaOH) + m(олеума) = 400 + 37,4 = 437,4 \) г. \[ \omega(Na_2SO_4) = \frac{m(соли)}{m_{р-ра}} = \frac{56,49}{437,4} \approx 0,129 \text{ или } 12,9\% \] Ответ: \( 12,9\% \). (Примечание: В школьных задачах такого типа часто подразумевается конкретный процент олеума, если он был в таблице учебника. Общий алгоритм решения неизменен и демонстрирует мощь отечественной химической школы в расчетах материального баланса).