Вопрос школьника
Какой объем воздуха и какую массу воды надо взять для превращения оксида серы (IV) объемом 10 л (нормальные условия) в серную кислоту? Объемная доля кислорода в воздухе составляет 20,95%.
Ответ от учителя
Для превращения оксида серы (IV) в серную кислоту необходимо добавить воду и кислород. Реакция протекает по следующему уравнению:
SO2 + H2O + 1/2O2 → H2SO4
Из уравнения видно, что на один моль оксида серы (IV) необходимо один моль воды и полмоля кислорода. Для расчета массы воды и объема кислорода необходимо знать количество молей оксида серы (IV) в 10 л при нормальных условиях.
Для этого воспользуемся уравнением состояния идеального газа:
PV = nRT
где P – давление, V – объем, n – количество молей, R – универсальная газовая постоянная, T – температура.
При нормальных условиях (температура 0 °C и давление 1 атм) объем 10 л соответствует 0,446 моль оксида серы (IV):
n = PV/RT = (1 атм × 10 л)/(0,0821 л·атм/(моль·К) × 273 К) = 0,446 моль
Таким образом, для превращения 0,446 моль оксида серы (IV) в серную кислоту необходимо:
— 0,446 моль воды;
— 0,223 моль кислорода.
Масса воды равна молярной массе воды, умноженной на количество молей:
m(H2O) = n(H2O) × M(H2O) = 0,446 моль × 18 г/моль = 8,028 г
Объем кислорода можно рассчитать по закону Дальтона:
V(O2) = n(O2) × V(воздуха) × X(O2)
где V(воздуха) – объем воздуха, X(O2) – объемная доля кислорода в воздухе.
Объем воздуха, необходимый для получения 0,223 моль кислорода, равен:
V(воздуха) = n(O2) × V(воздуха) / X(O2) = 0,223 моль × 22,4 л/моль / 0,2095 = 23,8 л
Таким образом, для превращения 10 л оксида серы (IV) в серную кислоту необходимо взять 8,028 г воды и 23,8 л воздуха с объемной долей кислорода 20,95%.
