Задание №60225 ЕГЭ по Химии

1. По условию протекает реакция:
[1] CO₂ + Ba(OH)₂ → BaCO₃ + H₂O 

2. Найдем число моль гидроксида бария в растворе:
m Ba(OH)₂ = m_р-ра Ba(OH)₂ ⋅ ω Ba(OH)₂ = 228 ⋅ 0,03 = 6,84 г
n Ba(OH)₂ = m Ba(OH)₂ / M Ba(OH)₂ = 6,84 / 171 = 0,04 моль  

3. Найдем число моль углекислого газа:
n CO₂ = V CO₂ / V_m = 1,21 / 22,4 = 0,054 моль 

4. Определим, кто из реагентов в первой реакции находится в недостатке:
поделим моли гидроксида бария и углекислого газа на свои коэффициенты
Ba(OH)₂ : CO₂
(0,04 / 1) : (0,054 / 1)
(0,04 / 1) < (0,054 / 1)
Ba(OH)₂ < CO₂ 

Приходим к выводу, что CO₂ находится в избытке, а Ba(OH)₂ в недостатке. Далее расчеты идут по недостатку, то есть по Ba(OH)₂. 

5. Найдем число моль образовавшегося карбоната бария:
n BaCO₃ = n Ba(OH)₂ = 0,04 моль

6. По условию углекислый газ прореагировал полностью, а выпавший осадок отделили. Значит, оставшийся углекислый газ полностью прореагировал с карбонатом бария, при этом карбонат бария находится в избытке:
[2] BaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ba(HCO₃)₂ 

7. Найдем число моль оставшегося углекислого газа:
n_{прореаг.} CO₂ = n Ba(OH)₂ = 0,04 моль
n_ост. CO₂ = n CO₂ – n_{прореаг.} CO₂ = 0,054 – 0,04 = 0,014 моль  

8. Найдем число моль образовавшегося гидрокарбоната бария:
n Ba(HCO₃)₂ = n_ост. CO₂ = 0,014 моль

9. Добавленная серная кислота будет вступать в реакцию с гидрокарбонатом бария:
[3] Ba(HCO₃)₂ + H₂SO₄ → BaSO₄ + 2CO₂ + 2H₂O

10. Найдем число моль серной кислоты в растворе:
m H₂SO₄ = m_р-ра H₂SO₄ ⋅ ω H₂SO₄ = 49 ⋅ 0,05 = 2,45 г
n H₂SO₄ = m H₂SO₄ / M H₂SO₄ = 2,45 / 98 = 0,025 моль

11. Найдем массу оставшейся серной кислоты:
n_{прореаг.} H₂SO₄ = n Ba(HCO₃)₂ = 0,014 моль
n_ост. H₂SO₄ = n H₂SO₄ – n_{прореаг.} H₂SO₄ = 0,025 – 0,014 = 0,011 моль
m_ост. H₂SO₄ = n_ост. H₂SO₄ ⋅ M H₂SO₄ = 0,011 ⋅ 98 = 1,078 г  

12. Найдем массу конечного раствора:
m_{конечн. р-ра} = m_р-ра Ba(OH)₂ + m CO₂ + m_р-ра H₂SO₄ – m_ост. BaCO₃ – m BaSO₄ – m₃ CO₂ 

m CO₂ = n CO₂ ⋅ M CO₂ = 0,054 ⋅ 44 = 2,376 г 

n_{прореаг.} BaCO₃ = n_ост. CO₂ = 0,014 моль
n_ост. BaCO₃ = n BaCO₃ – n_{прореаг.} BaCO₃ = 0,04 – 0,014 = 0,026 моль
m_ост. BaCO₃ = n_ост. BaCO₃ ⋅ M BaCO₃ = 0,026 ⋅ 197 = 5,122 г

n BaSO₄ = n Ba(HCO₃)₂ = 0,014 моль
m BaSO₄ = n BaSO₄ ⋅ M BaSO₄ = 0,014 ⋅ 233 = 3,262 г 

n₃ CO₂ = 2n Ba(HCO₃)₂ = 2 ⋅ 0,014 = 0,028 моль
m₃ CO₂ = n₃ CO₂ ⋅ M CO₂ = 0,028 ⋅ 44 = 1,232 г

m_{конечн. р-ра} = 228 + 2,376 + 49 – 5,122 – 3,262 – 1,232 = 269,76 г

13. Найдем массовую долю оставшейся серной кислоты в конечном растворе:
ω_ост. H₂SO₄ = m_ост. H₂SO₄ / m_{конечн. р-ра} = 1,078 / 269,76 = 0,004 → 0,4%

Ответ: ω_ост. H₂SO₄ = 0,4%

Источник: Реальное задание ЕГЭ (собрано Ермолаевым И. С.)