смесь угля и серы массой 10 г сожгли в избытке кислорода до оксида серы (IV) и оксида углерода (IV). Полученную смесь поглотили 1л 1,2М раствора гидроксида натрия. На нейтрализацию оставшейся щелочи израсходовали 9,8г серной кислоты. Рассчитайте массовые доли угля и серы в исходной смеси

Из условий задачи видим, что уголь и сера были превращены в их газообразные кислотные оксиды. Оксиды были поглощены избытком раствора щёлочи. Зная, сколько вещества (сколько моль оксидов) было связано щёлочью, рассчитаем состав исходной смеси.

1.     Определяем исходное количество щелочи в растворе.

n1 = M*V = 1*1,2 = 1,2 моль NaOH

1.     Определяем количество щелочи, которая осталась свободной после поглощения газов. Это количество равно удвоенному (потому что 1 моль серной кислоты нейтрализует  2 моль гидроксида натрия) количеству вещества серной кислоты, пошедшей на титрование свободной щелочи:

n2 = 2*m/M = 2*9,8/98 = 0,2 моль NaOH (где 98 г  - мольная масса серной кислоты).

1.     Таким образом, из исходных 1,2 моль гидроксида натрия 0,2 моль было нейтрализовано серной кислотой, а 1,2-1,0 = 1,0 моль  – кислыми газами.

CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O

SO2 + 2NaOH = Na2SO3 + H2O

Из уравнений нейтрализации видим, что каждый моль оксида нейтрализуется 2 моль гидроксида натрия. Если на нейтрализацию было израсходовано 1,0 моль гидроксида, то полученная смесь газов содержала 0,5 моль вещества этих оксидов.

1.     S + O2 = SO2, C+O2 = CO2

Сера и уголь при сгорании образуют 1 моль оксида на каждый 1моль исходного вещества. Пусть смесь состояла из х г серы и (10-х) г угля. Тогда смесь состояла из следующих количеств веществ:

х/32 моль серы и (10-х)/12 моль угля, где 32 и 12 – атомные массы серы и угля.

Как было сказано выше, каждый моль угля или серы дают при сгорании моль газообразного оксида. Нам известна сумма вещества оксидов – 0,5 моль. Тогда

х/32 + (10-х)/12  = 0,5

Умножим обе части уравнения на 96:

96х/32 + 96(10-х)/12 = 96*0,5

3х + 8(10-х) = 48, 80-5х = 48, 5х = 80-48 = 32, х = 32/5 = 6,4 г.

Таким образом, смесь состояла из 6,4 г серы и 3,6 г угля.

                 ω1 = m1/m = 6,4/10 = 0,64 = 64% — массовая доля серы

                ω2  = m2/m = 3,6/10 = 0,36 = 36% — массовая доля угля