Химия
8 класс
Вопрос
На 60,04 г смеси перекиси и окиси бария подействовали 12,3%-ной серной кислотой (плотность 1,085 г/мл), по окончании реакции избыток кислоты нейтрализовали 80 мл 2,5 н. раствора гидроокиси бария. После отделения осадка получили 351,33 г раствора, к пробе которого массой 5 г по каплям добавили подкисленный раствор перман-ганата калия. При этом выделилось 108,3 мл кислорода (объем измеряли при $17^{\circ} С$ и 740 мм рт. ст.).
Вычислите:
а) процентную концентрацию полученного раствора перекиси водорода;
б) процентное содержание окиси бария в смеси;
в) использованный объем раствора серной кислоты.
Ответ
а. В пересчете на нормальные условия было получено
$V_0 = \frac{273 \cdot 108,3 \cdot 740}{290 \cdot 760} = 99,2$ мл кислорода,
что составляет $99,2 : 22400 = 0,00443$ моля (расчет можно выполнить по формуле $n = \frac{pV}{RT}$).
Кислород выделяется в результате реакции
$5H_2O_2 + 2KMnO_4 + 3H_2SO_4 = K_2SO_4 + 2MnSO_4 + 5O_2 + 8H_2O$.
Если 1 моль кислорода выделяется на 1 моль $H_2O_2$, то 0,00443 моля $O_2$ получаются при участии в реакции 0,00443 моля $H_2O_2$ ($M = 34$), масса которых равна $0,00443 \cdot 34 = 0,15$ г. Процентная концентрация $H_2O_2$ в растворе составляет
$с_{ \text{%}} = \frac{0,15 \cdot 100}{3} = 3$ %.
б. В 351,3 г раствора содержалось $351,3 \cdot 0,03 = 10,54$ г, или $10,54 : 34 = 0,31$ моля, $H_2O_2$ ($M = 34$)
$BaO_2 + H_2SO_4 = H_2O_2 + BaSO_4$.
Это количество $H_2O_2$ было получено из 0,31 моля, т. е. из $169 \cdot 0,31 = 52,39 \: г BaO_2$ ($M = 169$), следовательно, в смеси содержалось $60,04 - 52,39 = 7,65$ г $BaO$ ($M = 153$), что составляет $7,65 : 153 = 0,05$ моля. Процентное содержание $BaO$ равно
$c_{ \text{%} } = \frac{7,65 \cdot 100}{60,04} = 12,7$ %.
в.Серная кислота расходовалась в двух параллельно протёкаюцих реакциях
$BaO_2 + H_2SO_4 = BaSO_4 + H_2O_2$,
$BaO + H_2SO_4 = BaSO_4 + H_2O$.
В первой из них затрачено 0,31 моля $H_2SO_4$, во второй - 0,05 моля $H_2SO_4$, т.е. всего израсходовано $0,31 + 0,05 = 0,36$ моля $H_2SO_4$. Избыток серной кислоты был нейтрализован 80 мл 2,5 н. раствора $Ba(OH)_2$, в котором содержалось $0,08 \cdot 2,5 = 0,2$ г-экв, или 0,1 моля, $Ba(OH)_2$, прореагировавших в реакции
$Ba(OH)_2 + H_2SO_4 = BaSO_4 + 2H_2O$
с 0,1 моля $H_2SO_4$. Всего в реакцию вступило $0,31 + 0,054 + 0,1 = 0,46$ моля $H_2SO_4$.
Масса 0,46 моля $H_2SO_4$ ($M = 98$) равна $0,46 \cdot 98 = 45,08$ г.
100 г раствора содержит 12,3 г $H_2SO_4$,
$х$ г раствора - 45,08 г $H_2SO_4$,
$х = 366,5$ г.
Этот раствор занимал объем $366,5 : 1,085 = 337,8$ мл.