Question

Карбид алюминия растворили в 250 г 20%-ного раствора серной кислоты. При этом выделился метан объёмом 4,48 л (н.у.). Вычислите массовую долю серной кислоты в полученном растворе. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения и обозначения искомых физических величин).

Accepted Answer

Answer

Идея решения: по объёму выделившегося метана найти количество вещества карбида алюминия и серной кислоты, вступившей в реакцию, затем определить массовую долю оставшейся кислоты в конечном растворе.

**Уравнение реакции:**

$$\ce{Al4C3 + 6H2SO4 -> 2Al2(SO4)3 + 3CH4 ^}$$

**Расчёты:**

1) Вычислим количество выделившегося метана:

$$n(\ce{CH4}) = \frac{V(\ce{CH4})}{V_m} = \frac{4{,}48}{22{,}4} = 0{,}2 	ext{ моль}$$

2) Найдём начальное количество серной кислоты в растворе:

$$m(\ce{H2SO4}) = m_{	ext{р-ра}} \cdot \omega(\ce{H2SO4}) = 250 \cdot 0{,}20 = 50 	ext{ г}$$

$$n(\ce{H2SO4}) = \frac{m(\ce{H2SO4})}{M(\ce{H2SO4})} = \frac{50}{98} = 0{,}51 	ext{ моль}$$

3) По стехиометрии реакции определим количество прореагировавшей серной кислоты:

$$n_{	ext{прореаг.}}(\ce{H2SO4}) = 2 \cdot n(\ce{CH4}) = 2 \cdot 0{,}2 = 0{,}4 	ext{ моль}$$

4) Вычислим количество оставшейся серной кислоты:

$$n_{	ext{ост.}}(\ce{H2SO4}) = 0{,}51 - 0{,}4 = 0{,}11 	ext{ моль}$$

$$m_{	ext{ост.}}(\ce{H2SO4}) = 0{,}11 \cdot 98 = 10{,}78 	ext{ г}$$

5) Найдём количество вещества карбида алюминия:

$$n(\ce{Al4C3}) = \frac{n(\ce{CH4})}{3} = \frac{0{,}2}{3} = 0{,}067 	ext{ моль}$$

$$m(\ce{Al4C3}) = 0{,}067 \cdot 144 = 9{,}648 	ext{ г}$$

6) Вычислим массу выделившегося метана:

$$m(\ce{CH4}) = 0{,}2 \cdot 16 = 3{,}2 	ext{ г}$$

7) Определим массу конечного раствора:

$$m_{	ext{конечн.}}(	ext{р-ра}) = m(\ce{Al4C3}) + m_{	ext{р-ра}}(\ce{H2SO4}) - m(\ce{CH4}) = 9{,}648 + 250 - 3{,}2 = 256{,}45 	ext{ г}$$

8) Вычислим массовую долю серной кислоты в конечном растворе:

$$\omega(\ce{H2SO4}) = \frac{m_{	ext{ост.}}(\ce{H2SO4})}{m_{	ext{конечн.}}(	ext{р-ра})} = \frac{10{,}78}{256{,}45} = 0{,}042 = 4{,}2\%$$

Задание №34Расчётные задачиЕГЭ по химии