60. Карбид алюминия обработан 450 г 10%-ного раствора серной кислоты. Выделившийся при этом газ занял объем 4,48 л (н. у.). Рассчитайте массовую долю серной кислоты в полученном растворе.

Для решения задачи запишем уравнение реакции: $Al_4C_3 + 6H_2SO_4 \rightarrow 2Al_2(SO_4)_3 + 3CH_4\uparrow$ 1. Найдем количество вещества серной кислоты в исходном растворе: $m(H_2SO_4) = 450 \text{ г} \cdot 0,10 = 45 \text{ г}$ $n(H_2SO_4) = \frac{45 \text{ г}}{98 \text{ г/моль}} \approx 0,459 \text{ моль}$ 2. Найдем количество выделившегося газа (метана $CH_4$): $n(CH_4) = \frac{4,48 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,2 \text{ моль}$ 3. Определим количество серной кислоты, вступившей в реакцию, по уравнению реакции: По уравнению: 6 моль $H_2SO_4$ дают 3 моль $CH_4$, значит, на 1 моль $CH_4$ расходуется 2 моль $H_2SO_4$. $n(H_2SO_4)_{react} = 2 \cdot n(CH_4) = 2 \cdot 0,2 = 0,4 \text{ моль}$ $m(H_2SO_4)_{react} = 0,4 \text{ моль} \cdot 98 \text{ г/моль} = 39,2 \text{ г}$ 4. Найдем массу оставшейся серной кислоты в растворе: $m(H_2SO_4)_{rem} = 45 \text{ г} - 39,2 \text{ г} = 5,8 \text{ г}$ 5. Найдем массу полученного раствора: Для этого нужно знать массу прореагировавшего карбида алюминия ($Al_4C_3$). $n(Al_4C_3) = \frac{n(CH_4)}{3} = \frac{0,2}{3} \approx 0,0667 \text{ моль}$ $M(Al_4C_3) = 4 \cdot 27 + 3 \cdot 12 = 108 + 36 = 144 \text{ г/моль}$ $m(Al_4C_3) = 0,0667 \text{ моль} \cdot 144 \text{ г/моль} = 9,6 \text{ г}$ Масса раствора равна: $m(solution) = m(initial \ solution) + m(Al_4C_3) - m(CH_4)$ $m(CH_4) = 0,2 \text{ моль} \cdot 16 \text{ г/моль} = 3,2 \text{ г}$ $m(solution) = 450 + 9,6 - 3,2 = 456,4 \text{ г}$ 6. Рассчитаем массовую долю оставшейся серной кислоты: $\omega = \frac{5,8 \text{ г}}{456,4 \text{ г}} \approx 0,0127$ или $1,27\%$ Ответ: массовая доля серной кислоты в полученном растворе составляет приблизительно 1,27%.