Получение раствора сернистой кислоты с массовой долей 0,01

Задача 3.6.
Какую массу серы необходимо сжечь в кислороде, чтобы, растворив полученный оксид в 1 литре воды (р = 1 г/мл), получить раствор сернистой кислоты с массовой долей 0,01?
Дано:
объем воды: V(Н₂О) = 1 л;
плотность воды: р(Н₂О) = 1 г/мл;
массовая доля сернистой кислоты:  (H₂SO₃) = 0,01.
Найти: массу серы: m(S) = ?
Решение:
В условии задачи описаны две последовательные химические реакции:

S + O₂ → SО₂
SО₂ + Н₂O   → Н₂SO₃

Решение данной задачи возможно по встречному алгоритму с обозначением искомой массы серы величиной «а» и составлением математического уравнения. Схему решения
можно представить следующим образом:

1. Определяем массу воды. При этом учитываем единицы измерения. Объем воды из литров переводим в миллилитры, т.к. значение плотности дано в г/мл V(Н₂О) = 1000 мл.

1m(Н₂О) = V(Н₂О) ^. р(Н₂О) = 1000 ^. 1 = 1000 г.

2. Обозначим массу сгоревшей серы величиной «а»: m(S) = а г.
Найдем массу сернистой кислоты, которая из нее образуется. Для этого можно провести последовательный расчет по двум уравнениям реакций. Но есть и иной путь. По записи реакций видно, что вся исходно взятая сера в конце вошла в состав сернистой кислоты. Следовательно, массу сернистой кислоты можно найти, пользуясь молярной массой.

М(Н₂SO₃) = 2 ^. М(Н) + 1 ^. М(S) + 3 ^. М(О) = 2 ^. 1 + 1 ^. 32 + 3 ^. 16 = 82 г/моль.

Масса 1 моль Н₂SО₃ составляет 82 г и вклад серы в эту массу будет 32 г. Это позволяет нам составить пропорцию:

82 г (Н₂SO₃) содержит 32 г (S) (по молярной массе)
х т (Н₂SO₃) содержит а г (S) (по условию)

3. Пользуясь значением массы воды в конечном растворе и выражением для массы Н₂SO₃, вычисляем массовую долю Н₂SO₃ в растворе:

4. Приравниваем полученное в предыдущем действии выражение к значению массовой доли Н₂SO₃ из условия. При этом следует обратить внимание, что в условии значение массовой доли указано не в процентах, а в долях от «1». Массовая доля 0,01 в долях от «1» соответствует 1%

Получили математическое уравнение с одним неизвестным. Решая его, получаем:

а = 3,95.

Величиной «а» мы обозначали массу серы.

Ответ: 1 : m(S) = 3,95г.

Комментарии:
¹ В инструкции для проверяющих получился ответ m(S) = 3,84 г. Такая разница получилась в связи с округлением значений в инструкции. В случае получения низкого балла из-за расхождения в ответе отстаивайте свое мнение на апелляции.