Каковы массовые доли веществ в полученном растворе после полного сжигания 896 мл (н. у.) сероводорода в избытке

Для решения данной задачи нам потребуется использовать знания о химических реакциях и стехиометрии. Давайте пошагово выполним расчеты.

1. Сначала определим химическую реакцию, происходящую при полном сжигании сероводорода (H2S):

\[2H_2S + 3O_2 \rightarrow 2H_2O + 2SO_2\]

Из уравнения реакции видно, что для полного сжигания одной молекулы сероводорода требуется 3 молекулы кислорода.

2. Затем определим количество молекул сероводорода в 896 мл (н. у.) или 0,896 л. Для этого воспользуемся уравнением состояния идеального газа:

\[PV = nRT\]

где P - давление газа, V - его объем, n - количество молекул газа, R - универсальная газовая постоянная, T - температура газа.

Объем газа можно привести к условиям нормального состояния (н. у), при которых P = 1 атм, T = 273 К:

\[0,896 \, л \cdot \frac{1 \, атм}{0,0821 \, л \cdot атм/К \cdot моль} \cdot \frac{273 \, К}{298 \, К} = 0,0899 \, моль H_2S\]

3. Так как сероводород сжигается в избытке кислорода, количество молекул кислорода будет определяться наименьшим коэффициентом в уравнении реакции, равным 3. То есть, на каждые 2 молекулы сероводорода требуется 3 молекулы кислорода.

Таким образом, количество молекул кислорода, используемых при сжигании 0,0899 моль H2S:

\[0,0899 \, моль \cdot \frac{3 \, моль O_2}{2 \, моль H_2S} = 0,13485 \, моль O_2\]

4. Теперь вычислим массу кислорода, используемого при сжигании сероводорода. Для этого воспользуемся молярной массой кислорода:

\[m_{O_2} = n_{O_2} \cdot M_{O_2}\]

где mO2 - масса кислорода, nO2 - количество молекул кислорода, MO2 - молярная масса кислорода.

Молярная масса кислорода равна 32 г/моль, поэтому:

\[m_{O_2} = 0,13485 \, моль \cdot 32 \, г/моль = 4,3162 \, г\]

5. Далее определим массу раствора гидроксида натрия, которая составляет 20 г. Раствор является 10%-ным, то есть содержит 10 г гидроксида натрия на каждые 100 г раствора.

Для определения массы гидроксида натрия в 20 г раствора воспользуемся пропорцией:

\[\frac{10 \, г}{100 \, г} = \frac{m_{NaOH}}{20 \, г}\]

Решая эту пропорцию, получаем:

\[m_{NaOH} = 2 \, г\]

6. Нам также известно, что гидроксид натрия реагирует с сероводородом по уравнению:

\[2NaOH + H_2S \rightarrow Na_2S + 2H_2O\]

Из уравнения видно, что на один моль сероводорода требуется 2 моль гидроксида натрия.

Таким образом, количество молекул гидроксида натрия, реагирующих с 0,0899 моль H2S:

\[0,0899 \, моль \cdot \frac{2 \, моль NaOH}{1 \, моль H_2S} = 0,1798 \, моль NaOH\]

7. Вычислим массу гидроксида натрия, реагирующего с сероводородом, с использованием молярной массы NaOH (22,99 г/моль):

\[m_{NaOH} = n_{NaOH} \cdot M_{NaOH} = 0,1798 \, моль \cdot 22,99 \, г/моль = 4,1333 \, г\]

8. Наконец, найдем массовую долю веществ в полученном растворе, суммируя массы кислорода и гидроксида натрия и деля их на общую массу раствора:

\[m_{\text{общая}} = m_{O_2} + m_{NaOH} = 4,3162 \, г + 4,1333 \, г = 8,4495 \, г\]

\[w_{O_2} = \frac{m_{O_2}}{m_{\text{общая}}} \cdot 100\% = \frac{4,3162 \, г}{8,4495 \, г} \cdot 100\% \approx 51,11\%\]

\[w_{NaOH} = \frac{m_{NaOH}}{m_{\text{общая}}} \cdot 100\% = \frac{4,1333 \, г}{8,4495 \, г} \cdot 100\% \approx 48,89\%\]

Таким образом, массовая доля кислорода в полученном растворе составляет примерно 51,11%, а массовая доля гидроксида натрия - около 48,89%.