Условие задачи

Через порцию 25%-го раствора гидроксида калия массой 179,2 г пропустили сернистый газ объемом 11,2 л (н. у.). Вычислите массовые доли веществ в растворе после реакции.

Решение

Ниже приведено подробное решение задачи из области химии (конкретно ― стехиометрия и расчёт массовых долей компонентов в растворах).

Задача. Через порцию 25%-го раствора гидроксида калия массой 179,2 г пропустили сернистый газ объемом 11,2 л (н. у.). Требуется вычислить массовые доли веществ в растворе после реакции.

Решение.

1. Определим массу растворённого KOH в исходном растворе. Раствор 25%-й, значит в 100 г раствора содержится 25 г KOH. Тогда:
масса KOH = 0,25 × 179,2 г = 44,8 г.
Остальная масса (масса растворителя, воды) равна:
масса H₂O = 179,2 г – 44,8 г = 134,4 г.

2. Переведём массу KOH в число молей. Молярная масса KOH принимаем ≈ 56 г/моль.
число молей KOH = 44,8 г ÷ 56 г/моль = 0,8 моль.

3. Определим число молей сернистого газа SO₂. При нормальных условиях (н. у.) 1 моль газа занимает 22,4 л.
число молей SO₂ = 11,2 л ÷ 22,4 л/моль = 0,5 моль.

4. Определяем реакцию, протекающую между SO₂ и KOH. При прохождении SO₂ через раствор щёлочи обычно происходит улавливание SO₂ по схеме:
SO₂ + KOH → KHSO₃.
При данной схеме стехиометрическое соотношение 1 : 1. Можно также рассматривать промежуточное образование сернистой кислоты H₂SO₃, которая затем реагирует с щёлочью, но в любом случае получается соль гидросульфита (KHSO₃).

5. Рассчитаем, сколько KOH прореагировало и сколько осталось. Так как на 1 моль SO₂ требуется 1 моль KOH, то:
прореагировавшее количество KOH = 0,5 моль;
оставшееся количество KOH = 0,8 моль – 0,5 моль = 0,3 моль.
Масса не прореагировавшего KOH:
m(KOH_непрореагировавшего) = 0,3 моль × 56 г/моль = 16,8 г.

6. Рассчитаем массу образовавшегося KHSO₃. Для KHSO₃ определим молярную массу:
K: 39,1 г/моль,
H: 1 г/моль,
S: 32 г/моль,
O₃: 3 × 16 = 48 г/моль.
Молярная масса KHSO₃ = 39,1 + 1 + 32 + 48 ≈ 120,1 г/моль.
Так как получилось 0,5 моль KHSO₃, то масса KHSO₃:
m(KHSO₃) = 0,5 моль × 120,1 г/моль ≈ 60,05 г.
(Для удобства можно принять 60 г, округляя до двух значащих цифр.)

7. Определим окончательную массу раствора после реакции. При прохождении гeза его масса прибавляется к раствору:
m(конечный раствор) = m(исходный раствор) + m(SO₂).
Масса SO₂ определяется по его числу молей и молярной массе. Молярная масса SO₂:
S = 32 г/моль, O₂ = 2 × 16 = 32 г/моль, итого 64 г/моль.
m(SO₂) = 0,5 моль × 64 г/моль = 32 г.
Таким образом,
m(конечный раствор) = 179,2 г + 32 г = 211,2 г.
Альтернативно можно получить массу как сумма масс всех компонентов в растворе после реакции:
– масса H₂O = 134,4 г;
– масса не прореагировавшего KOH = 16,8 г;
– масса KHSO₃ = 60 г (≈ 60,05 г).
Сумма = 134,4 + 16,8 + 60 = 211,2 г.

8. Вычислим массовые доли веществ в конечном растворе.
а) Массовая доля воды:
w(H₂O) = (134,4 г ÷ 211,2 г) × 100% ≈ 63,6%.
б) Массовая доля не прореагировавшего KOH:
w(KOH) = (16,8 г ÷ 211,2 г) × 100% ≈ 8,0%.
в) Массовая доля соли гидросульфита калия (KHSO₃):
w(KHSO₃) = (60 г ÷ 211,2 г) × 100% ≈ 28,4%.

Проверка: 63,6% + 8,0% + 28,4% = 100%.

Ответ.

После пропускания через раствор 11,2 л сернистого газа (0,5 моль SO₂) из 25%-го раствора KOH массой 179,2 г образуется раствор, содержащий примерно 63,6% воды, 8,0% не прореагировавшего KOH и 28,4% KHSO₃ по массе.