Условие задачи

Через порцию 10%-го раствора гидроксида натрия массой 200 г пропустили сероводород объемом 6,72 л (н. у.). Вычислите массовые доли веществ в растворе после реакции.

Решение

Ниже приводится подробное решение задачи по химии (реакционная стехиометрия).

─────────────────────────────
Условие. Имеется 200 г 10%-го раствора гидроксида натрия (NaOH). Это означает, что в растворе содержится 20 г NaOH и 180 г воды. В раствор пропускают сероводород (H₂S) в объёме 6,72 л (при нормальных условиях, где 1 моль газа занимает объём 22,4 л).

Цель – определить массовые доли веществ в растворе после реакции.

─────────────────────────────
1. Определим количество реагентов.

• Масса NaOH в растворе = 20 г.
Молярная масса NaOH = 40 г/моль.
Количество NaOH = 20 г ⁄ 40 г/моль = 0,50 моль.

• Молярный объём газа при нормальных условиях (н.у.) = 22,4 л/моль.
Количество H₂S = 6,72 л ⁄ 22,4 л/моль = 0,30 моль.

─────────────────────────────
2. Определим ход реакции.

При взаимодействии H₂S с раствором NaOH в слабоконцентрированной щёлочи обычно протекает реакция нейтрализации
H₂S + NaOH → NaHS + H₂O
Это означает, что 1 моль H₂S реагирует с 1 моль NaOH, образуя 1 моль соль — гидросульфид натрия (NaHS) и 1 моль воды.

─────────────────────────────
3. Производим расчёты по стехиометрии.

Имеем:
NaOH: 0,50 моль
H₂S: 0,30 моль

Из уравнения видно, что H₂S является лимитирующим реагентом, так как требуется 1 моль NaOH на 1 моль H₂S.

При реакции:
– Потребляется 0,30 моль NaOH (0,30 × 40 = 12 г).
– Образуется 0,30 моль NaHS.
Молярная масса NaHS:
Na = 23 г/моль, H = 1 г/моль, S = 32 г/моль;
M(NaHS) = 23 + 1 + 32 = 56 г/моль;
Масса NaHS = 0,30 × 56 = 16,8 г.
– Образуется 0,30 моль воды (0,30 × 18 = 5,4 г).

Оставшийся не прореагировавший NaOH = 0,50 – 0,30 = 0,20 моль, что соответствует
0,20 × 40 = 8 г.

─────────────────────────────
4. Собираем массы веществ в растворе после реакции.

Исходно в растворе было 200 г, состоящих из:
– NaOH: 20 г
– Вода: 180 г

При реакции часть NaOH превратилась в NaHS, а также образовалась дополнительная вода.

Общий учёт масс:

• NaOH (остаток): 8 г
• NaHS (образовался): 16,8 г
• Вода:
– исходная вода: 180 г
– вода, образовавшаяся в реакции: 5,4 г
Итого: 180 + 5,4 = 185,4 г

Также учтём массу добавленного H₂S (она входит в массу полученной соли, так как H₂S преобразуется в NaHS). Но для итогового расчёта массы системы можно сложить массу исходного раствора и массу H₂S:
Общая масса системы = 200 г + (масса H₂S, равная 0,30 × 34 = 10,2 г) = 210,2 г.
Проверим: 8 г + 16,8 г + 185,4 г = 210,2 г.

─────────────────────────────
5. Вычисляем массовые доли веществ.

Массовая доля вещества = (масса вещества ⁄ общая масса раствора) × 100 %

1) NaOH (остаток):
(8 г ⁄ 210,2 г) × 100 % ≈ 3,8 %

2) NaHS:
(16,8 г ⁄ 210,2 г) × 100 % ≈ 8,0 %

3) Вода:
(185,4 г ⁄ 210,2 г) × 100 % ≈ 88,2 %

─────────────────────────────
Ответ.

После пропускания через раствор H₂S, в конечном растворе содержится приблизительно:
– 3,8 % NaOH;
– 8,0 % NaHS;
– 88,2 % воды.

Таким образом, массовые доли веществ в растворе после реакции равны 3,8 % для NaOH, 8,0 % для NaHS и 88,2 % для воды.