Номер 8, страница 186 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

8. Рассчитайте массовую долю сероводорода в сероводородной воде, полученной при растворении газа (н. у.) объёмом $3 \text{ дм}^3$ в воде объёмом $1 \text{ дм}^3$ ($4 \text{ °С}$).

Дано:

Объем сероводорода $V(\text{H}_2\text{S}) = 3 \text{ дм}^3$ (при нормальных условиях)

Объем воды $V(\text{H}_2\text{O}) = 1 \text{ дм}^3$

Температура воды $t = 4 \text{ °C}$

Молярный объем газа при н.у. $V_m = 22,4 \text{ дм}^3/\text{моль}$

Плотность воды при $4 \text{ °C}$, $\rho(\text{H}_2\text{O}) = 1000 \text{ г/дм}^3$

$V(\text{H}_2\text{S}) = 3 \text{ дм}^3 = 3 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3$

$V(\text{H}_2\text{O}) = 1 \text{ дм}^3 = 1 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3$

$\rho(\text{H}_2\text{O}) = 1000 \text{ г/дм}^3 = 1000 \text{ кг/м}^3$

Найти:

Массовую долю сероводорода $\omega(\text{H}_2\text{S})$ - ?

Решение:

Массовая доля растворенного вещества ($\omega$) в растворе вычисляется по формуле:

$\omega(\text{вещества}) = \frac{m(\text{вещества})}{m(\text{раствора})} \cdot 100\%$

Масса раствора равна сумме масс растворенного вещества (сероводорода) и растворителя (воды):

$m(\text{раствора}) = m(\text{H}_2\text{S}) + m(\text{H}_2\text{O})$

1. Вычисление массы сероводорода $m(\text{H}_2\text{S})$

Сначала определим молярную массу сероводорода $\text{H}_2\text{S}$. Используя относительные атомные массы водорода ($A_r(\text{H}) \approx 1$) и серы ($A_r(\text{S}) \approx 32$):

$M(\text{H}_2\text{S}) = 2 \cdot A_r(\text{H}) + A_r(\text{S}) = 2 \cdot 1 + 32 = 34 \text{ г/моль}$

Так как объем газа дан при нормальных условиях (н.у.), найдем количество вещества ($\nu$) сероводорода, используя молярный объем газов ($V_m$):

$\nu(\text{H}_2\text{S}) = \frac{V(\text{H}_2\text{S})}{V_m} = \frac{3 \text{ дм}^3}{22,4 \text{ дм}^3/\text{моль}} \approx 0,1339 \text{ моль}$

Теперь вычислим массу сероводорода:

$m(\text{H}_2\text{S}) = \nu(\text{H}_2\text{S}) \cdot M(\text{H}_2\text{S}) = 0,1339 \text{ моль} \cdot 34 \text{ г/моль} \approx 4,55 \text{ г}$

2. Вычисление массы воды $m(\text{H}_2\text{O})$

Объем воды составляет $1 \text{ дм}^3$. В условии указана температура $4 \text{ °C}$, при которой плотность воды максимальна и приблизительно равна $1000 \text{ г/дм}^3$ (или $1 \text{ кг/л}$).

$m(\text{H}_2\text{O}) = V(\text{H}_2\text{O}) \cdot \rho(\text{H}_2\text{O}) = 1 \text{ дм}^3 \cdot 1000 \text{ г/дм}^3 = 1000 \text{ г}$

3. Вычисление массы раствора $m(\text{раствора})$

Сложим массы сероводорода и воды:

$m(\text{раствора}) = m(\text{H}_2\text{S}) + m(\text{H}_2\text{O}) = 4,55 \text{ г} + 1000 \text{ г} = 1004,55 \text{ г}$

4. Вычисление массовой доли сероводорода $\omega(\text{H}_2\text{S})$

Подставим найденные значения в формулу для массовой доли:

$\omega(\text{H}_2\text{S}) = \frac{m(\text{H}_2\text{S})}{m(\text{раствора})} = \frac{4,55 \text{ г}}{1004,55 \text{ г}} \approx 0,00453$

Для представления результата в процентах, умножим полученное значение на 100%:

$\omega(\text{H}_2\text{S}) = 0,00453 \cdot 100\% = 0,453\%$

Ответ: массовая доля сероводорода в полученной сероводородной воде составляет 0,453%.