Решение задач по химии, 11 класс

Решение задач. 11 класс.

Получение олеума.

О́леум (лат. Oleum) — раствор серного ангидрида SO₃ в 100%-й серной кислоте H₂SO₄.

xSO₃·H₂O или H₂SO₄·xSO₃ или H₂S₂O₇;

Олеум представляет собой вязкую маслянистую бесцветную жидкость или легкоплавкие кристаллы, которые, однако, могут приобретать самые различные оттенки вследствие наличия примесей. На воздухе «дымит», реагирует с водой с выделением очень большого количества тепла. Концентрация серного ангидрида может варьировать в очень широких пределах: от единиц до десятков процентов. Олеум по сравнению с концентрированной серной кислотой обладает ещё большим водоотнимающим и окислительным действием. Олеум содержит также пиросерные кислоты, получающиеся по реакциям:

Физические свойства

Температура кипения водных растворов серной кислоты повышается с ростом ее концентрации и достигает максимума при содержании 98,3 % H₂SO₄.

Температура кипения олеума с увеличением содержания SO₃ понижается. При увеличении концентрации водных растворов серной кислоты общее давление пара над растворами понижается и при содержании 98,3 % H₂SO₄ достигает минимума. С увеличением концентрации SO₃ в олеуме, общее давление пара над ним повышается.

Пар над водными растворами серной кислоты состоит из смеси паров воды, H₂SO₄ и SO₃, при этом состав пара отличается от состава жидкости при всех концентрациях серной кислоты, кроме соответствующей азеотропной смеси.

С повышением температуры усиливается диссоциация:

Применение

Применяется в промышленности при производстве серной кислоты, капролактама и многих других веществ. В органической химии применяется как сульфирующий, водоотнимающий или окисляющий реагент.

Особенности экспериментальной работы

Олеум — крайне едкое вещество: оставляет сильные ожоги на коже, быстро разъедает многие материалы, за исключением наименее реакционноспособных. Тем не менее, вследствие эффекта пассивации может храниться в стальных ёмкостях. Олеум нельзя разбавлять водой или выливать его в воду, из-за сильно экзотермической реакции. Разбавление олеума производится прибавлением его к серной кислоте. При приливании в воду жидкость закипает, образуя туман из серной кислоты.

Задача 1.

К 75 %-му раствору серной кислоты массой 288 г добавили оксид серы (VI) массой 400 г. Вычислите массовую долю оксида серы (VI) в образовавшемся олеуме.

Решение:

т (Н₂О)= 288 – 216 = 72 г.

Часть оксида серы (VI) вступит в реакцию с водой. Всего оксида серы (VI) 5 моль. На реакцию с водой потратится 4 моль оксида серы (VI). Останется 1 моль оксида серы (VI).

SO₃ + H₂O = H₂SO₄. По уравнению химической реакции все вещества находятся в равных количественных соотношениях.

n (SO₃) = _{ }

n (H₂O) =72 г/18 г/моль = 4 моль.

n (SO₃) = 5 моль-4 моль = 1 моль.

m (SO₃)ост. = 80г/моль * 1 моль = 80 г.

m (H₂SO₄) = 4моль*98 г/моль = 392 г.

m p-pa = 288+400 = 688 г.

_{ } = 11,6 %. Ответ: 11,6 %.

Задача 2.

К 92 %-му раствору серной кислоты массой 562,5 г. добавили оксид серы (VI) массой 240 г. Вычислите массовую долю оксида серы (VI) в образовавшемся олеуме.

Решение:

т (Н₂О)= 562,5 – 517,5 = 45 г.

Часть оксида серы (VI) вступит в реакцию с водой. Всего оксида серы (VI) 3 моль. На реакцию с водой потратится 2,5 моль оксида серы (VI). Останется 0,5 моль оксида серы (VI).

SO₃ + H₂O = H₂SO₄. По уравнению химической реакции все вещества находятся в равных количественных соотношениях.

n (SO₃) = _{ }

n (H₂O) =45 г/18 г/моль = 2,5 моль.

n (SO₃) = 3 моль-2,5 моль = 0,5 моль.

m (SO₃)ост. = 80г/моль * 0,5 моль = 40 г.

m p-pa = 562,5+240 =802,5 г.

_{ } = 4,98 %. Ответ: 4,98 %.

Задача 3.

Вычислите массу оксида серы (VI), который необходимо добавить к 20 %-му раствору серной кислоты массой 200 г, чтобы получить 10 %-ный олеум.

Решение:

т (Н₂О)= 200 – 40 = 160 г. n (H₂O) =160 г/18 г/моль = 8,89 моль.

SO₃ + H₂O = H₂SO₄. n (SO₃) = 8,89 моль.m (SO₃)вступ. в р-ю с Н₂О= 80г/моль * 8,89 моль = 711,2 г.

Пусть масса оставшегося непрореагировавшим оксида серы (VI) – х, тогда

Х= 20 + 71,12 + 0,1х

0,9х = 91,12

х = 101,2 г.

масса всего оксида серы (VI)

m (SO₃) = 711,2 + 101,2 = 812,4 г. Ответ: 812,4 г.

Задача 4.

Вычислите массу оксида серы (VI), который необходимо добавить к 90 %-му раствору серной кислоты массой 250 г, чтобы получить 20 %-ный олеум.

Решение:

т (Н₂О)= 250 – 225 = 25 г. n (H₂O) =25 г/18 г/моль = 1,39моль.

SO₃ + H₂O = H₂SO₄. n (SO₃) = 1,39 моль.m (SO₃)вступ. в р-ю с Н₂О= 80г/моль * 1,39 моль = 111,1 г.

Пусть масса оставшегося непрореагировавшим оксида серы (VI) – х, тогда

Х= 50 + 22,22 + 0,2х

0,8 х = 72,22

х = 90,3 г.

масса всего оксида серы (VI)

m (SO₃) = 90,3 + 111,1 = 201,3 г. Ответ: 201,3 г.

Задача 5.

Вычислите массу 50 %-ной серной кислоты и массу оксида серы (VI), которые необходимо взять, чтобы получить 200 г 20 %-ого олеума.

Решение:

Можно определить сколько осталось оксида серы (VI) в олеуме.

_{ }, m (SO₃) = 40 г.

Пусть масса вступившего в реакцию с водой оксида серы (VI) – х, тогда всего m (SO₃) = х + 40

По уравнению: SO₃ + H₂O = H₂SO₄

n (SO₃) = _{ } = 0,225 х ;

Пусть m p.в. Н₂S O₄ – y, тогда:

Масса олеума 200 г, тогда:

200 = х + 40 + y + 0.225 x ; 160 = 1.225 x + y ;

160 = 1.225 x + 0.225 x

160 = 1.45 x ; x = 110.3 ; y = 24.8

т (Н₂О)= 24.8 г.

m (SO₃) = 110,3 + 40 = 150,3 г.

m p-pa H₂SO₄ = 24,8 + 24,8 = 49,6 г. Ответ: 49,6 г и 150,3 г.

Задача 6.

Вычислите массу оксида серы (VI) и массу 25 %-ого раствора серной кислоты, необходимых для приготовления 20 % -ого олеума массой 400 г.

Решение:

Можно определить сколько осталось оксида серы (VI) в олеуме.

_{ }, m (SO₃) = 80 г.

Пусть масса вступившего в реакцию с водой оксида серы (VI) – х, тогда всего m (SO₃) = х + 80

По уравнению: SO₃ + H₂O = H₂SO₄

n (SO₃) = _{ } = 0,225 х ;

Пусть m p.в. Н₂S O₄ – y, тогда:

Масса олеума 400 г, тогда:

400 = х + 80 + y + 0,225 x ; 320 = 1,225 x + y ;

320 = 1,225 x + 0,075 x

320 = 1,3 x ; x = 246,2 ; y = 18,5

т (Н₂О)= 55.4 г.

m (SO₃) = 80 + 246,2 = 326,2 г.

m p-pa H₂SO₄ = 18,5 + 55,4 = 73,9 г. Ответ: 326,2 г. и 73,9 г.

Задача 7.

Вычислите массу серного ангидрида и массу 40 %-ого раствора серной кислоты, необходимых для приготовления 200 г 16 %-ого олеума.

Можно определить сколько осталось оксида серы (VI) в олеуме.

_{ }, m (SO₃) = 32 г.

Пусть m p.в. Н₂S O₄ – х, тогда: m p-pa H₂SO₄ = 100х/40 = 2,5 х

200 = 2,5 х + 32 + m (SO₃)прор.

т (Н₂О) в р-ре H₂SO₄ =2,5 х – х = 1,5 х

n (H₂O) =_{ }

n (SO₃) = _{ }

m (SO₃)прор. = 80г/моль * _{ } = _{ }г.

200 = 2,5 х + 32 +_{ } ; 27,5 х = 504 ; х = 18,3

Следовательно: m p-pa H₂SO₄ = 45,8 г.

m (SO₃)прор. = 122,2г. m (SO₃)ост. = 32 г. m (SO₃) = 154,2 г.

Ответ: 154,2 г. и 45,8 г.

Использованы для статьи:

1. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. Олеум.

2. Задачник по химии: 11 класс. А.Н. Левкин, Н.Е.Кузнецова.- М., Вентана-Граф, 2009.

Автор статьи «Решение задач»: учитель химии высшей категории МКОУ СОШ №1 г. Усть-Катава

Щурихина Фларида Фасхетдиновна.