Какова массовая доля серной кислоты в изначальном растворе, если при добавлении избытка натрия выделилось 2,24

Для решения данной задачи нам необходимо учитывать баланс химической реакции и пропорцию между объемами выделившегося водорода и использованного реагента.

Сперва нам нужно выразить уравнение химической реакции между серной кислотой (H2SO4) и натрием (Na). Уравнение будет выглядеть следующим образом:

\[H2SO4 + 2Na \rightarrow Na2SO4 + 2H2\uparrow\]

Здесь H2SO4 обозначает серную кислоту, Na - натрий, Na2SO4 - серную соль, где H2 - молекулярный водород, выделяющийся в результате реакции.

Мы видим, что каждая молекула серной кислоты (H2SO4) реагирует с двумя молекулами натрия (Na), образуя одну молекулу серной соли (Na2SO4) и две молекулы молекулярного водорода (H2).

Таким образом, масса серной кислоты (H2SO4) в изначальном растворе будет равна массе серной соли (Na2SO4), образовавшейся в результате реакции.

Когда мы решаем задачу с газообразными веществами, мы должны использовать пропорцию между объемами газов, выделившихся в результате реакции. Так как мы знаем, что объем водорода при нормальных условиях равен 2,24 л, мы можем записать следующее:

\[\frac{{V(H2SO4)}}{{V(H2)}} = \frac{{n(H2SO4)}}{{n(H2)}}\]

где V - объем, n - количество вещества, H2SO4 - серная кислота, H2 - молекулярный водород.

Используя коэффициенты стехиометрического уравнения, мы знаем, что каждая молекула серной кислоты (H2SO4) реагирует с двумя молекулами молекулярного водорода (H2). Таким образом, коэффициенты для данного соотношения равны 1 и 2 соответственно.

Подставим известные значения:

\[\frac{{V(H2SO4)}}{{2,24}} = \frac{{n(H2SO4)}}{{n(H2)}}\]

Теперь нам нужно найти коэффициенты перевода объема в количество вещества.

1 моль идеального газа занимает при нормальных условиях объем 22,4 литра. Таким образом, 2,24 л молекулярного водорода соответствуют \(n(H2) = \frac{{2,24}}{{22,4}}\) моль.

Теперь мы можем продолжить и выразить \(n(H2SO4)\):

\[\frac{{V(H2SO4)}}{{2,24}} = \frac{{n(H2SO4)}}{{\frac{{2,24}}{{22,4}}}}\]

Упростим это выражение:

\[\frac{{V(H2SO4)}}{{2,24}} = 22,4 \cdot n(H2SO4)\]

Теперь мы можем выразить массовую долю серной кислоты (H2SO4) в изначальном растворе:

\[\text{{Массовая доля H2SO4}} = \frac{{m(H2SO4)}}{{m(H2SO4) + m(\text{{вода}})}}\]

Поскольку объем изначального раствора неизвестен, мы не можем выразить массу серной кислоты (H2SO4) напрямую. Однако, мы можем использовать полученное изначально соотношение объема серной кислоты (H2SO4) к объему молекулярного водорода (H2):

\[\frac{{V(H2SO4)}}{{2,24}} = 22,4 \cdot n(H2SO4)\]

Так как масса вещества пропорциональна количеству вещества, мы можем приравнять массу и количество вещества в данной системе:

\[m(H2SO4) = MW(H2SO4) \cdot n(H2SO4)\]

где MW(H2SO4) - молярная масса серной кислоты.

После нахождения \(m(H2SO4)\) мы сможем найти массу воды:

\[m(\text{{вода}}) = V(\text{{вода}}) \cdot \rho(\text{{вода}})\]

где \(V(\text{{вода}})\) - объем воды, который можно предположить равным объему выделившегося молекулярного водорода (H2), а \(\rho(\text{{вода}})\) - плотность воды.

Подставим значения обратно в формулу для массовой доли:

\[\text{{Массовая доля H2SO4}} = \frac{{m(H2SO4)}}{{m(H2SO4) + m(\text{{вода}})}}\]

Подставьте известные значения и выполните необходимые вычисления для нахождения ответа.