题目
在 298 K 时,有 0.10 kg 质量分数为 0.0947 的硫酸水溶液,试分别用(1)质量摩尔浓度 mB;(2)物质的量浓度 cB 和(3)摩尔分数 xB 来表示硫酸的含量。已知在该条件下,硫酸溶液的密度为 1.0603×103 kg⋅m−3,纯水的密度为 997.1 kg⋅m−3。
在 时,有 质量分数为 的硫酸水溶液,试分别用(1)质量摩尔浓度 ;(2)物质的量浓度 和(3)摩尔分数 来表示硫酸的含量。已知在该条件下,硫酸溶液的密度为 ,纯水的密度为 。
题目解答
答案
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解析
步骤 1:计算硫酸的质量
硫酸的质量分数为 0.0947,溶液总质量为 0.10 kg,因此硫酸的质量为:
\[ m_{\text{硫酸}} = 0.10 \times 0.0947 = 0.00947 \text{ kg} \]
步骤 2:计算硫酸的物质的量
硫酸的摩尔质量为 98.089 g/mol,因此硫酸的物质的量为:
\[ n_{\text{硫酸}} = \frac{0.00947 \text{ kg}}{98.089 \times 10^{-3} \text{ kg/mol}} = 0.09655 \text{ mol} \]
步骤 3:计算水的质量
水的质量为溶液总质量减去硫酸的质量:
\[ m_{\text{水}} = 0.10 \text{ kg} - 0.00947 \text{ kg} = 0.09053 \text{ kg} \]
步骤 4:计算水的物质的量
水的摩尔质量为 18.015 g/mol,因此水的物质的量为:
\[ n_{\text{水}} = \frac{0.09053 \text{ kg}}{18.015 \times 10^{-3} \text{ kg/mol}} = 5.025 \text{ mol} \]
步骤 5:计算质量摩尔浓度 mB
质量摩尔浓度 mB 为硫酸的物质的量除以水的质量(以 kg 为单位):
\[ m_{\text{B}} = \frac{0.09655 \text{ mol}}{0.09053 \text{ kg}} = 1.066 \text{ mol/kg} \]
步骤 6:计算物质的量浓度 cB
物质的量浓度 cB 为硫酸的物质的量除以溶液的体积。溶液的体积为溶液的质量除以溶液的密度:
\[ V_{\text{溶液}} = \frac{0.10 \text{ kg}}{1.0603 \times 10^3 \text{ kg/m}^3} = 9.431 \times 10^{-5} \text{ m}^3 \]
\[ c_{\text{B}} = \frac{0.09655 \text{ mol}}{9.431 \times 10^{-5} \text{ m}^3} = 1.024 \times 10^3 \text{ mol/m}^3 \]
步骤 7:计算摩尔分数 xB
摩尔分数 xB 为硫酸的物质的量除以溶液中所有物质的总物质的量:
\[ x_{\text{B}} = \frac{0.09655 \text{ mol}}{0.09655 \text{ mol} + 5.025 \text{ mol}} = 0.01886 \]
硫酸的质量分数为 0.0947,溶液总质量为 0.10 kg,因此硫酸的质量为:
\[ m_{\text{硫酸}} = 0.10 \times 0.0947 = 0.00947 \text{ kg} \]
步骤 2:计算硫酸的物质的量
硫酸的摩尔质量为 98.089 g/mol,因此硫酸的物质的量为:
\[ n_{\text{硫酸}} = \frac{0.00947 \text{ kg}}{98.089 \times 10^{-3} \text{ kg/mol}} = 0.09655 \text{ mol} \]
步骤 3:计算水的质量
水的质量为溶液总质量减去硫酸的质量:
\[ m_{\text{水}} = 0.10 \text{ kg} - 0.00947 \text{ kg} = 0.09053 \text{ kg} \]
步骤 4:计算水的物质的量
水的摩尔质量为 18.015 g/mol,因此水的物质的量为:
\[ n_{\text{水}} = \frac{0.09053 \text{ kg}}{18.015 \times 10^{-3} \text{ kg/mol}} = 5.025 \text{ mol} \]
步骤 5:计算质量摩尔浓度 mB
质量摩尔浓度 mB 为硫酸的物质的量除以水的质量(以 kg 为单位):
\[ m_{\text{B}} = \frac{0.09655 \text{ mol}}{0.09053 \text{ kg}} = 1.066 \text{ mol/kg} \]
步骤 6:计算物质的量浓度 cB
物质的量浓度 cB 为硫酸的物质的量除以溶液的体积。溶液的体积为溶液的质量除以溶液的密度:
\[ V_{\text{溶液}} = \frac{0.10 \text{ kg}}{1.0603 \times 10^3 \text{ kg/m}^3} = 9.431 \times 10^{-5} \text{ m}^3 \]
\[ c_{\text{B}} = \frac{0.09655 \text{ mol}}{9.431 \times 10^{-5} \text{ m}^3} = 1.024 \times 10^3 \text{ mol/m}^3 \]
步骤 7:计算摩尔分数 xB
摩尔分数 xB 为硫酸的物质的量除以溶液中所有物质的总物质的量:
\[ x_{\text{B}} = \frac{0.09655 \text{ mol}}{0.09655 \text{ mol} + 5.025 \text{ mol}} = 0.01886 \]