Какой объем серной кислоты используется для реакции с алюминиевым оксидом массой 20,4?

Для решения данной задачи, мы должны знать химическое уравнение реакции между серной кислотой и алюминиевым оксидом. Химическое уравнение такой реакции выглядит следующим образом:

\[H_2SO_4 + Al_2O_3 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + H_2O\]

Теперь давайте рассмотрим балансировку данного химического уравнения. Обратите внимание, что в данном уравнении серная кислота (H2SO4) и алюминиевый оксид (Al2O3) соединяются, образуя алюминиевый сульфат (Al2(SO4)3) и воду (H2O). Для балансировки уравнения, мы добавляем коэффициенты перед каждым соединением, чтобы количество атомов каждого элемента было одинаковым с обеих сторон уравнения:

\[3H_2SO_4 + Al_2O_3 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3H_2O\]

Из балансированного уравнения, мы видим, что для реакции требуется 3 молекулы серной кислоты (наблюдаемый коэффициент перед H2SO4) для реакции с 1 молекулой алюминиевого оксида (наблюдаемый коэффициент перед Al2O3).

Теперь мы можем решить задачу. Для этого нам дана масса алюминиевого оксида, которая составляет 20,4 г. Чтобы найти объем серной кислоты, нам необходимо использовать молярную массу алюминиевого оксида и соотношение между массой и количеством вещества.

Молярная масса алюминиевого оксида (Al2O3) равна сумме масс алюминия (Al) и кислорода (О), которые составляют его. По таблице молярных масс, масса алюминия составляет 26,98 г/моль, а масса кислорода составляет 16,00 г/моль. Таким образом, молярная масса алюминиевого оксида составляет:

\[2 \times 26,98 + 3 \times 16,00 = 101,96 \ г/моль\]

Теперь мы можем использовать выражение массы и количества вещества:

\[n = \frac{m}{M}\]

где:
\(n\) - количество вещества,
\(m\) - масса вещества,
\(M\) - молярная масса вещества.

Теперь, подставив известные значения, мы можем найти количество вещества алюминиевого оксида:

\[n_{Al_2O_3} = \frac{20,4 \ г}{101,96 \ г/моль} \approx 0,20 \ моль \ Al_2O_3\]

Согласно коэффициентам в балансированном уравнении, соотношение между молекулами серной кислоты (H2SO4) и алюминиевым оксидом (Al2O3) составляет 3:1. Таким образом, нам понадобится в 3 раза больше молекул серной кислоты, чем молекул алюминиевого оксида.

Итак, для 0,20 моль алюминиевого оксида, нам понадобится:

\[0,20 \ моль \ Al_2O_3 \times \frac{3 \ моль \ H_2SO_4}{1 \ моль \ Al_2O_3} = 0,60 \ моль \ H_2SO_4\]

Теперь мы можем использовать выражение массы и количества вещества, чтобы найти массу серной кислоты:

\[m = n \times M\]

где:
\(m\) - масса вещества,
\(n\) - количество вещества,
\(M\) - молярная масса вещества.

Теперь, подставляя известные значения, мы можем найти массу серной кислоты:

\[m_{H_2SO_4} = 0,60 \ моль \times 98,09 \ г/моль = 58,86 \ г\]

Таким образом, для реакции с алюминиевым оксидом массой 20,4 г, используется примерно 58,86 г серной кислоты.