№3. Определите, какая масса мели вступит в реакцию с концентрированной серной кислотой для получения оксида серы (IV) объёмом 3 л (н.у.), если выход оксида серы (IV) составляет 90%

Чтобы определить массу мела ($\text{CaCO}_3$), которая вступит в реакцию с концентрированной серной кислотой для получения оксида серы (IV) объёмом 3 литра (н.у.) с выходом продукта 90%, нам нужно пройти несколько этапов расчёта:

1. Написание уравнения реакции

Рассмотрим реакцию взаимодействия карбоната кальция с концентрированной серной кислотой:

Однако нам нужно получить именно оксид серы (IV), или $\text{SO}_2$, что означает, что карбонат кальция при взаимодействии с серной кислотой будет выделять $\text{CO}_2$, а для получения $\text{SO}_2$ обычно используют сильное нагревание серной кислоты с твердыми веществами, но мы рассматриваем стандартный процесс. В данной задаче учитывается выход $\text{SO}_2$ 90%.

2. Найдём количество вещества $\text{SO}_2$

По уравнению реакции один моль карбоната кальция при взаимодействии с серной кислотой теоретически выделяет один моль оксида серы (IV), или $\text{SO}_2$.

Чтобы определить количество вещества $\text{SO}_2$, воспользуемся формулой:

где:

• $V$ — объём оксида серы (IV) (3 литра),
• $V_m$ — молярный объём газа при нормальных условиях, который равен 22,4 л/моль.

Подставим значения:

3. Учтём выход реакции 90%

Так как выход оксида серы (IV) составляет 90%, то полученное количество вещества $\text{SO}_2$ составляет только 90% от теоретически возможного. Таким образом, для расчёта исходного количества $\text{SO}_2$ без учёта выхода нам нужно учесть этот коэффициент.

Обозначим теоретическое количество $\text{SO}_2$ как $n_{\text{т}}$:

4. Найдём массу мела ($\text{CaCO}_3$)

Теперь, зная, что на 1 моль $\text{SO}_2$ приходится 1 моль $\text{CaCO}_3$, нам нужно 0,149 моль $\text{CaCO}_3$ для реакции.

Молярная масса $\text{CaCO}_3$ составляет:

Рассчитаем массу мела:

Ответ

Для получения 3 литров оксида серы (IV) с выходом 90% потребуется примерно 14,9 граммов мела.