Сера. Задача №34 ЕГЭ 2020. Полный разбор с объяснениями

Сегодня мы будем рассматривать задачу 34 с присутствием серы.

Задача №34:

Газ, полученный при сжигании 6,4 грамм серы, без остатка прореагировал с 138 мл 8% - ного раствора NaOH (плотностью 1,087 г/мл).

Рассчитайте массовые доли веществ в полученном растворе.

В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).

Решение:

Это легкая задача по сравнению с остальными типами задач в ЕГЭ.

Для начала составим план:

1) Напишем химические реакции;

2) Найдем вещество, с которого начнем все вычисления, а также его моль;

3) По условию задачи проведем все остальные расчеты (через моль известного вещества);

4) Подсчитаем общую массу раствора и вычислим все массовые доли веществ.

1) В задаче сказано: Газ, полученный при горении серы, прореагировал с гидроксидом натрия.

Первое вещество - это сернистый газ, второе образуется при взаимодействии щелочи с с ним - это сульфит натрия.

Запишем реакции:

S + O₂ = SO₂

SO₂ + 2NaOH = Na₂SO₃ + H₂O

Na₂SO₃ + H₂O + SO₂ = 2NaHSO₃

Если первая и вторая реакция понятны, то третья наверное вызывает вопросы.

Мы не знаем, был ли сернистый газ в избытке, поэтому есть вероятность того, что он прореагировал с сульфитом натрия.

А мы должны учесть все возможные продукты реакции.

2) По условию, у нас есть 6,4 грамма серы, если есть масса, можем найти количество вещества серы:

M (S) = 32 гр/ моль; n (S) = 6,4 / 32 = 0,2 моль.

Теперь учитываем щелочь, гидроксид натрия, с которым в реакцию вступил сернистый газ.

Для этого нужно воспользоваться объединенной формулой, включающей объем вещества, массовую долю, плотность и молярную массу вещества:

ω * p * V (раствора) / M (вещества)

Проводим расчеты, подставляя указанные величины:

0,08 * 1,087 * 138 / 40 = 0,03 моль.

3) Теперь, необходимо найти массу сернистого газа, через серу:

n (S) = n (SO₂) = 0,2 моль;
M (SO₂) = 64 грамм / моль; m (SO₂) = 0,2 * 64 = 12,8 грамм (это действие нужно для вычисления общей массы раствора).

Следующим действием необходимо найти моль сернистого газа, который вступил в реакцию с сульфитом натрия.

Как это сделать?

- мы нашли моль сернистого газа - 0,2 моль;

- прореагировало сернистого газа - 0,15 моль; откуда мы это нашли:

S + O₂ = SO₂
SO₂ + 2NaOH = Na₂SO₃ + H₂O

В первой реакции количество сернистого газа равно 0,2 моль, во второй реакции его прореагировало 0,15 моль, так как мы сопоставляем это количество с молем гидроксида натрия, и находим:

если n (NaOH) = 0,3 моль, то n (SO₂) = 0,15 моль, в два раза меньше (смотри по уравнению химической реакции).

Далее находим n (SO₂) избытка:

n (SO₂) = 0,2 - 0,15 = 0,05 моль.

Следующее действие - нахождение моль сульфита натрия (через гидроксид натрия).

Учитывая, что Na₂SO₃ в реакции в два раза меньше, чем щелочи, рассчитываем:

n (Na₂SO₃) = 0,5n (NaOH) = 0,5 * 0,3 = 0,15 моль.

Или, это действие можно решить иначе:

n (Na₂SO₃) = 1/2n (NaOH) = 0,3 / 2 = 0,15 моль.

После нахождения количества вещества сульфита натрия, мы должны найти его избыток, то есть количество, которое вступило в 3-ю реакцию:

Na₂SO₃ + H₂O + SO₂ = 2NaHSO_3.

Рассчитываем моль соли через сернистый газ:

n (Na₂SO₃) = n (SO₂) = 0,05 моль.

Соответственно, окончательный остаток сульфита:

n (Na₂SO₃) = 0,15 - 0,05 = 0,1 моль.
M (Na₂SO₃) = 126 грамм / моль; m (Na₂SO₃) = n * M = 0,1 * 126 = 12,6 грамм.

Остался еще гидросульфит натрия: находим его по недостатку, то есть по сернистому газу, моль которого мы уже нашли:

n (NaHSO₃) = 2n (SO₂) = 2 * 0,05 = 0,1 моль.
M (NaHSO₃) = 104 грамм / моль; m (NaHSO₃) = 104 * 0,1 = 10,4 грамм.

4) Теперь осталось совсем чуть чуть - масса раствора и массовые доли веществ:

m (раствора) = m (NaOH) + m (SO₂) = 150 + 12,8 = 162,8 грамм.
ω (Na₂SO₃) = 12,6 / 162,8 = 0,0774, или 7,74 %;
ω (NaHSO₃) = 10,4 / 162,8 = 0,0639, или 6,39 %;

Ну, и не забываем про воду)

ω (H₂O) = 100 - (7,74 - 6,39) = 85,87 %.

Все, задача решена.

До встречи на следующем уроке)