2023-05-25
На чаше весов уравновешены два открытых стакана, в каждый из которых налито по 50 мл 10%-ного раствора серной кислоты ($\rho = 1,066$). В первый стакан внесли 3 г поташа, во второй - 3 г карбоната магния. После окончания реакции в первый стакан добавили 3 г карбоната магния, а во второй - 3 г поташа. Как нарушится равновесие весов: а) по окончании первой реакции; б) после окончания второй реакции?
Решение:
Определим количество серной кислоты, содержащейся в каждом стакане: $50 \cdot 1,066 \cdot 0,1 = 5,33 г$.
а) Первый стакан:
$\underset{138 \: г}{K_{2}CO_{3}} + \underset{98 \: г}{H_{2}SO_{4}} = K_{2}SO_{4} + \underset{44 \: г}{CO_{2}} \uparrow + H_{2}O$.
138 г $K_{2}CO_{3}$ взаимодействуют с 98 г $H_{2}SO_{4}$, 44 г $CO_{2}$;
3 г $K_{2}CO_{3}$ взаимодействуют с $x$ г $H_{2}SO_{4}$, образуя $y$ г $CO_{2}$;
$x \approx 2,13 г; y \approx 0,96 г$.
Второй стакан:
$\underset{84 \: г}{MgCO_{3}} + \underset{98 \: г}{H_{2}SO_{4}} + MgSO_{4} + \underset{44 \: г}{CO_{2}} \uparrow + H_{2}O$..
84 г $MgCO_{3}$ взаимодействуют с 98 г $H_{2}SO_{4}$, образуя 44 г $CO_{2}$;
3 г $MgCO_{3}$ взаимодействуют с $x_{1}$ г $H_{2}SO_{4}$, образуя $y_{1}$ г $CO_{2}$;
$x_{1} = 3,5 г; y_{1} \approx 1,57 г$.
После реакции масса первого стакана уменьшилась на 0,96 г, а второго - на 1,57 г. Следовательно, второй стакан стал легче. В первом стакане осталось кислоты 5,33 - 2,13 = 3,2 г, во втором - 5,33 - 3,5 =1,83 г.
б) Первый стакан:
$H_{2}SO_{4} + MgCO_{3} = CO_{2} \uparrow + H_{2}O + MgSO_{4}$.
98 г $H_{2}SO_{4}$ взаимодействуют с 84 г $MgCO_{3}$, образуя 44 г $CO_{2}$;
3,2 г $H_{2}SO_{4}$ взаимодействуют с $MgCO_{3}$, образуя $z$ г $CO_{2}$.
Из предварительного решения видно, что на 3 г $MgCO_{3}$ требуется 3,5 г $H_{2}SO_{4}$; следовательно, полностью отреагируют 3,2 г $H_{2}SO_{4}$.
$z \approx 1,44 г$.
Второй стакан:
$H_{2}SO_{4} + K_{2}CO_{3} = H_{2}O + CO_{2} + K_{2}SO_{4}$.
98 г $H_{2}SO_{4}$ взаимодействуют со 138 г $K_{2}CO_{3}$, образуя 44 г $CO_{2}$;
1,83 г $H_{2}SO_{4}$ взаимодействуют со $K_{2}CO_{3}$, образуя $z_{1}$ г $CO_{2}$.
Из предварительных расчетов видно, что на 3 г $K_{2}CO_{3}$ требуется 2,13 г $H_{2}SO_{4}$; следовательно, полностью прореагируют 1,83 г $H_{2}SO_{4}$.
$z_{1} \sim 0,82 г$.
Масса первого стакана уменьшится на 0,96 + 1,44 = 2,4 г, второго - тоже на 1,57 + 0,83 = 2,4 г. Следовательно, в результате обеих реакций равновесие весов не нарушится.