Для решения задачи о pH раствора, полученного при смешивании серной кислоты и гидроксида натрия, необходимо выполнить несколько шагов. Давайте разберем их по порядку.
Шаг 1: Определение количества вещества серной кислоты.
- 5%-ая серная кислота означает, что в 100 г раствора содержится 5 г H2SO4.
- В 1960 г 5%-ой серной кислоты содержится:
- (5 г / 100 г) * 1960 г = 98 г H2SO4.
- Теперь найдем количество вещества H2SO4:
- Молярная масса H2SO4 = 98 г/моль.
- Количество вещества = масса / молярная масса = 98 г / 98 г/моль = 1 моль.
Шаг 2: Определение количества вещества гидроксида натрия.
- 4%-ый гидроксид натрия означает, что в 100 г раствора содержится 4 г NaOH.
- В 2040 г 4%-ого гидроксида натрия содержится:
- (4 г / 100 г) * 2040 г = 81.6 г NaOH.
- Теперь найдем количество вещества NaOH:
- Молярная масса NaOH = 40 г/моль.
- Количество вещества = масса / молярная масса = 81.6 г / 40 г/моль = 2.04 моль.
Шаг 3: Определение реакции нейтрализации.
Серная кислота реагирует с гидроксидом натрия по уравнению:
H2SO4 + 2 NaOH → Na2SO4 + 2 H2O
Из уравнения видно, что 1 моль H2SO4 нейтрализует 2 моль NaOH. У нас есть 1 моль H2SO4 и 2.04 моль NaOH.
Шаг 4: Определение избытка реагентов.
- 1 моль H2SO4 требует 2 моль NaOH для полной нейтрализации. У нас есть 2.04 моль NaOH, следовательно, вся H2SO4 будет нейтрализована, и останется избыток NaOH.
- Количество NaOH, использованного для нейтрализации: 2 моль (все H2SO4).
- Количество NaOH в избытке: 2.04 моль - 2 моль = 0.04 моль.
Шаг 5: Определение концентрации NaOH в полученном растворе.
- Общий объем раствора можно приблизительно оценить, сложив массы растворов: 1960 г + 2040 г = 4000 г.
- Поскольку плотность раствора равна 1 г/мл, то 4000 г соответствует 4000 мл или 4 л.
- Концентрация NaOH в растворе:
- Концентрация = количество вещества / объем = 0.04 моль / 4 л = 0.01 моль/л.
Шаг 6: Определение pH раствора.
Так как у нас есть избыток NaOH, мы можем найти pOH, а затем pH:
- pOH = -log(0.01) = 2.
- pH = 14 - pOH = 14 - 2 = 12.
Ответ: Значение pH раствора после смешивания составляет 12.