8-10. Вычислите массу 10%-ного раствора серной кислоты и массу алюминия, необходимых для получения а) 7 моль водорода; б) 10 г водорода; в) 44,8 л (н.у.) водорода.

Уравнение реакции алюминия с серной кислотой:

$$\ce{2Al + 3H2SO4 -> Al2(SO4)3 + 3H2}$$

а) Для получения 7 моль водорода:

1. По уравнению реакции, количество вещества алюминия составляет 2/3 от количества вещества водорода:

$$
u(\ce{Al}) = \frac{2}{3}
u(\ce{H2}) = \frac{2}{3} \cdot 7 \text{ моль} = \frac{14}{3} \text{ моль} \approx 4.67 \text{ моль}$$

2. Найдем массу алюминия:

$$m(\ce{Al}) =
u(\ce{Al}) \cdot M(\ce{Al}) = \frac{14}{3} \text{ моль} \cdot 27 \text{ г/моль} = 126 \text{ г}$$

3. По уравнению реакции, количество вещества серной кислоты равно количеству вещества водорода:

$$
u(\ce{H2SO4}) =
u(\ce{H2}) = 7 \text{ моль}$$

4. Найдем массу серной кислоты:

$$m(\ce{H2SO4}) =
u(\ce{H2SO4}) \cdot M(\ce{H2SO4}) = 7 \text{ моль} \cdot 98 \text{ г/моль} = 686 \text{ г}$$

5. Масса 10%-ного раствора серной кислоты:

$$m(\text{раствора}) = \frac{m(\ce{H2SO4})}{w(\ce{H2SO4})} = \frac{686 \text{ г}}{0.1} = 6860 \text{ г}$$

б) Для получения 10 г водорода:

1. Найдем количество вещества водорода:

$$
u(\ce{H2}) = \frac{m(\ce{H2})}{M(\ce{H2})} = \frac{10 \text{ г}}{2 \text{ г/моль}} = 5 \text{ моль}$$

2. По уравнению реакции, количество вещества алюминия составляет 2/3 от количества вещества водорода:

$$
u(\ce{Al}) = \frac{2}{3}
u(\ce{H2}) = \frac{2}{3} \cdot 5 \text{ моль} = \frac{10}{3} \text{ моль} \approx 3.33 \text{ моль}$$

3. Найдем массу алюминия:

$$m(\ce{Al}) =
u(\ce{Al}) \cdot M(\ce{Al}) = \frac{10}{3} \text{ моль} \cdot 27 \text{ г/моль} = 90 \text{ г}$$

4. По уравнению реакции, количество вещества серной кислоты равно количеству вещества водорода:

$$
u(\ce{H2SO4}) =
u(\ce{H2}) = 5 \text{ моль}$$

5. Найдем массу серной кислоты:

$$m(\ce{H2SO4}) =
u(\ce{H2SO4}) \cdot M(\ce{H2SO4}) = 5 \text{ моль} \cdot 98 \text{ г/моль} = 490 \text{ г}$$

6. Масса 10%-ного раствора серной кислоты:

$$m(\text{раствора}) = \frac{m(\ce{H2SO4})}{w(\ce{H2SO4})} = \frac{490 \text{ г}}{0.1} = 4900 \text{ г}$$

в) Для получения 44,8 л водорода:

1. Найдем количество вещества водорода:

$$
u(\ce{H2}) = \frac{V(\ce{H2})}{V_m} = \frac{44.8 \text{ л}}{22.4 \text{ л/моль}} = 2 \text{ моль}$$

2. По уравнению реакции, количество вещества алюминия составляет 2/3 от количества вещества водорода:

$$
u(\ce{Al}) = \frac{2}{3}
u(\ce{H2}) = \frac{2}{3} \cdot 2 \text{ моль} = \frac{4}{3} \text{ моль} \approx 1.33 \text{ моль}$$

3. Найдем массу алюминия:

$$m(\ce{Al}) =
u(\ce{Al}) \cdot M(\ce{Al}) = \frac{4}{3} \text{ моль} \cdot 27 \text{ г/моль} = 36 \text{ г}$$

4. По уравнению реакции, количество вещества серной кислоты равно количеству вещества водорода:

$$
u(\ce{H2SO4}) =
u(\ce{H2}) = 2 \text{ моль}$$

5. Найдем массу серной кислоты:

$$m(\ce{H2SO4}) =
u(\ce{H2SO4}) \cdot M(\ce{H2SO4}) = 2 \text{ моль} \cdot 98 \text{ г/моль} = 196 \text{ г}$$

6. Масса 10%-ного раствора серной кислоты:

$$m(\text{раствора}) = \frac{m(\ce{H2SO4})}{w(\ce{H2SO4})} = \frac{196 \text{ г}}{0.1} = 1960 \text{ г}$$

Ответ: а) 6860 г, 126 г; б) 4900 г, 90 г; в) 1960 г, 36 г