Полное решение
- Запишем уравнения реакций
[1] SO3 + H2O = H2SO4
[2] 5H2SO4 + 4Zn = 4ZnSO4 + H2S + 4H2O
[3] Zn + H2SO4 = ZnSO4+ H2
[4] NaOH(изб.) + H2S = FeSO4 + H2
[5] Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2
- Вычислим количества исходных веществ
mисх.(H2SO4) = ωисх. · mисх.(р-ра) = 0,392 · 250 = 98 г
nисх.( H2SO4) = m : M = 98 : 98 = 1 моль
n(SO3) = n(H2SO4)
пусть n(SO3) = x , тогда mкон.(H2SO4) = n · M = 98x
m(SO3) = n · M = 80x
mв-ва общ(H2SO4) = m в-ва исх (H2SO4) + m в-ва.кон.(H2SO4) = 98 + 98x
m80% р-ра(H2SO4) = mисх.р-ра(H2SO4) + m(SO3)
ω80% р-ра(H2SO4) = 0,8 ⟹ 98 +98x = 0,8 · (250 + 80x)
34x = 102; x = 3 моль
n(SO3) = 3 моль ; m(SO3) = n · M = 3 · 80 = 240 г
m80% р-ра(H2SO4) = 250 + 240 = 490 г
mв-ва кон.(H2SO4) = 98 + 98 · 3 = 392 г
nкон.(H2SO4) = m : M = 392 : 98 = 4 моль
n(Fe) = m : M = 67,2 : 56 = 1,2 моль
- Вычислим количество и массу серной кислоты во втором сосуде
nво втором сосуде(H2SO4) = nкон.( H2SO4) – nпрореаг. в первом сосуде (H2SO4)
nв первом сосуде(H2SO4) = 5 · n(H2S)
пусть n(H2S) = a моль, n(H2) = b моль, тогда
m(H2S) = n · M = 34a
m(H2) = n · M = 2b
mсмеси = m(H2) + m(H2S) = 14,6 г; mсмеси = 34a + 2b = 14,6 г
nсмеси газов = 1,8 · n(H2)
составим систему:
34а + 2b = 14,6
a + b = 1,8b
b = 0,5 моль; a = 0,4 моль
n1(H2SO4) = 5 · 0,4 = 2 моль, для реакции [2]
n2(H2SO4) = n(H2) = 0,5 моль, для реакции [3]
nв первом сосуде(H2SO4) = n1(H2SO4) + n2(H2SO4) = 2 + 0,5= 2,5 моль
nво втором сосуде(H2SO4) = 4 – 2,5 = 1,5 моль
ω2(H2SO4) = ω1(H2SO4) : 5 = 16%
mв-ва во втором сосуде(H2SO4) = n · M = 1,5 · 98 = 147 г
mр-ра во втором сосуде(H2SO4) = m : ω = 147 : 0,16 = 918,75 г
- Вычислим массовую долю соли во втором сосуде
1,5 > 1,2 ⟹ H2SO4 в избытке, ведем расчет по железу
m(FeSO4) = n · M = 1,2 · 152 = 182,4 г
n(Fe) = nво вторм сосуде(H2SO4) = n(H2) = 1,2 моль, для реакции [5]
m(H2) = n · M = 1,2 · 2 = 2,4 г
mра-ра(FeSO4) = mр-ра во втором сосуде(H2SO4) + m(Fe) – m(H2)
mра-ра(FeSO4) = 918,75 + 67,2 – 2,4 = 983,55 г
ω(FeSO4) = m(FeSO4) : mр-ра · 100% = 182,4 : 983,55 · 100% = 18,55%
