Массовая доля кислот в растворе по данным реакций
К 250 г раствора, содержащего серную и азотную кислоты, добавили избыток раствора хлорида бария. Образовавшийся осадок массой 34,95 г отделили, а фильтрат нейтрализовали раствором щелочи. На нейтрализацию потребовалось 81,97 мл раствора с массовой долей гидроксида натрия 20% (ρ = 1,22 г/мл). Определите массовые доли кислот в исходном растворе.
Дано
`m(р-ра кислот) = 250 text{ г}`
`m(BaSO_4) = 34.95 text{ г}`
`V(text{р-ра } NaOH) = 81.97 text{ мл}`
`ω(NaOH) = 20%`
`ρ(text{р-ра } NaOH) = 1.22 text{ г/мл}`
Найти
`ω(H_2SO_4) = text{ ?}`
`ω(HNO_3) = text{ ?}`
Решение
С хлоридом бария реагирует только серная кислота:
`H_2SO_4 + BaCl_2 = BaSO_4↓ + 2HCl`
Найдём количество вещества сульфата бария:
`n(BaSO_4) = (m(BaSO_4))/(M(BaSO_4)) = 34.95/233 = 0.15 text{ моль}`
Согласно уравнению реакции, количество серной кислоты равно количеству сульфата бария:
`n(H_2SO_4) = n(BaSO_4) = 0.15 text{ моль}`
Найдём массу серной кислоты:
`m(H_2SO_4) = n(H_2SO_4)*M(H_2SO_4) = 0.15*98 = 14.7 text{ г}`
В фильтрате после отделения осадка находятся азотная кислота и соляная кислота, образовавшаяся в первой реакции. Запишем уравнения реакций нейтрализации кислот в фильтрате:
`HCl + NaOH = NaCl + H_2O`
`HNO_3 + NaOH = NaNO_3 + H_2O`
Найдём массу раствора гидроксида натрия:
`m(text{р-ра } NaOH) = ρ(text{р-ра } NaOH)*V(text{р-ра } NaOH) = 1.22*81.97 = 100 text{ г}`
Найдём массу гидроксида натрия:
`m(NaOH) = (ω(NaOH)*m(text{р-ра } NaOH))/100 = (20*100)/100 = 20 text{ г}`
Найдём количество вещества гидроксида натрия:
`n(NaOH) = (m(NaOH))/(M(NaOH)) = 20/40 = 0.5 text{ моль}`
Количество соляной кислоты, образовавшейся в первой реакции, равно в 2 раза больше количества серной кислоты:
`n(HCl) = 2*n(H_2SO_4) = 2*0.15 = 0.3 text{ моль}`
На нейтрализацию HCl потребуется столько же NaOH:
`n_1(NaOH) = n(HCl) = 0.3 text{ моль}`
Оставшееся количество NaOH пошло на нейтрализацию азотной кислоты:
`n_2(NaOH) = n(NaOH) - n_1(NaOH) = 0.5 - 0.3 = 0.2 text{ моль}`
Согласно уравнению, количество азотной кислоты равно количеству гидроксида натрия, пошедшему на её нейтрализацию:
`n(HNO_3) = n_2(NaOH) = 0.2 text{ моль}`
Найдём массу азотной кислоты:
`m(HNO_3) = n(HNO_3)*M(HNO_3) = 0.2*63 = 12.6 text{ г}`
Вычислим массовые доли кислот в исходном растворе:
`ω(H_2SO_4) = (100*m(H_2SO_4))/(m(р-ра)) = (100*14.7)/250 = 5.88%`
`ω(HNO_3) = (100*m(HNO_3))/(m(р-ра)) = (100*12.6)/250 = 5.04%`
Ответ
`ω(H_2SO_4) = 5.88%`
`ω(HNO_3) = 5.04%`