При добавлении к 60 г раствора серной кислоты избытка
натрия выделилось 2,24 л водорода (н.у.). Определить
массовую долю кислоты в исходном растворе.

Для решения этой задачи мы можем использовать закон Гей-Люссака, который утверждает, что объём вещества, выделившегося или поглощённого при химической реакции, пропорционален количеству вещества, участвующего в реакции.

Сначала найдём количество вещества, выделившегося в результате реакции:

Из условия задачи известно, что при реакции образуется 2,24 л водорода (н.у.). 1 моль идеального газа при нормальных условиях занимает объём 22,4 литра. То есть, 1 моль водорода занимает объём 22,4 л. Следовательно, объём водорода, выделившегося в результате реакции, соответствует количеству вещества, и он равен:

V = n * Vm

где V – объём водорода, n – количество вещества, Vm – молярный объём.

Подставим известные значения:

2,24 = n * 22,4

n = 2,24 / 22,4 = 0,1 моль

Теперь мы знаем количество вещества, выделившегося при реакции.

Чтобы определить массовую долю кислоты в исходном растворе, нужно знать массу исходного раствора. Давайте предположим, что масса исходного раствора составляет m г.

Из условия задачи известно, что в исходном растворе 60 г серной кислоты. Пусть x – масса натрия, добавленного избытком.

Теперь мы можем записать уравнение реакции между серной кислотой и натрием:

H2SO4 + 2Na → Na2SO4 + H2↑

Согласно уравнению, каждая моль серной кислоты соответствует 2 молям водорода. То есть:

1 моль H2SO4 → 2 моль H2

0,1 моль H2SO4 → 0,1 * 2 моль H2 = 0,2 моль H2

Одна моль водорода (H2) имеет массу приблизительно 2 г. Следовательно, 0,2 моль H2 имеют массу:

m(H2) = n(H2) * M(H2) = 0,2 * 2 = 0,4 г

Масса натрия, добавленного избытком, равна:

m(Na) = n(Na) * M(Na) = 0,1 * 23 = 2,3 г

Теперь мы знаем массу водорода (0,4 г) и натрия (2,3 г), которые образовались в результате реакции. Сумма этих масс равна:

M = m(H2) + m(Na) = 0,4 + 2,3 = 2,7 г

Исходный раствор составляет 60 г серной кислоты. Запишем пропорцию для определения массовой доли:

m(H2SO4) / M = x / 100

60 / 2,7 = x / 100

x = (60 * 100) / 2,7 = 2222,22 г

Таким образом, массовая доля серной кислоты в исходном растворе составляет примерно 2222,22 г, или около 22,22%.