请问如何用分析纯硫酸和分析纯硝酸混合,分别制备5LpH=2.5、3.5和4.5的模拟酸雨溶液
首先,我们可以根据摩尔比来确定硫酸和硝酸的摩尔比例。因为硫酸根:硝酸根的摩尔比为2:1,所以在一定量的硝酸根中加入两倍摩尔的硫酸根可以得到这种比例。
假设我们想要制备5L pH=2.5,3.5和4.5的溶液,我们需要知道每种溶液中硫酸和硝酸的摩尔浓度以及所需的硫酸、硝酸和水的量。我们可以使用以下公式来计算:
摩尔浓度 = 摩尔数 / 溶液体积
摩尔数 = 摩尔浓度 x 溶液体积
以制备 pH=2.5 的溶液为例,该溶液的[H+]浓度为1×10^-2.5 mol/L = 3.16×10^-3 mol/L。因为硫酸和硝酸的摩尔比为2:1,所以硝酸根的摩尔浓度是硫酸根的一半。设硫酸根的摩尔浓度为x,则硝酸根的摩尔浓度为x/2。由于[H+]来自硝酸酸根和硫酸酸根的贡献,因此可以得到以下方程式:
x/2 + x = 3.16×10^-3
解方程得到硫酸根的摩尔浓度 x = 2.11×10^-3 mol/L,硝酸根的摩尔浓度为1.05×10^-3 mol/L。
接下来,我们需要计算出所需的硫酸、硝酸和水的量。因为我们需要制备5L的溶液,所以所需的硫酸根和硝酸根的摩尔数分别为:
硫酸根的摩尔数 = 5L x 2.11×10^-3 mol/L = 0.0106 mol
硝酸根的摩尔数 = 5L x 1.05×10^-3 mol/L = 0.0053 mol
因为硫酸和硝酸的摩尔比为2:1,所以硫酸的摩尔数是硝酸的两倍。因此,所需的硝酸的摩尔数为0.0053 mol,所需的硫酸的摩尔数为0.0106 mol × 2 = 0.0212 mol。
最后,我们可以根据摩尔数和浓度计算出所需的分析纯硝酸和分析纯硫酸的质量。假设分析纯硝酸和分析纯硫酸的纯度分别为100%,则所需的硝酸的质量为:
硝酸的质量 = 摩尔数 x 分子量 x 纯度 = 0.0053 mol x 63.01 g/mol x 1 = 0.334 g
所需的硫酸的质量为:
硫酸的质量 = 摩尔数 x 分子量 x 纯度 = 0.0212 mol x 98.08 g/mol x 1 = 2.10 g
最后,我们需要计算所需的水的量。因为总体积为5L,所以所需的水的量为:
水的量 = 总体积 - 硝酸的体积 - 硫酸的体积 = 5 L - (0.0053 mol / 1.42 g/mL) - (0.0212 mol / 1.84 g/mL) = 4.94 L
其中,硝酸和硫酸的密度分别为1.42 g/mL和1.84 g/mL。
综上所述,制备pH=2.5的5L模拟酸雨溶液所需的分析纯硝酸、分析纯硫酸和水的质量分别为0.334 g、2.10 g和4.94 L。同样的方法可以用于制备pH=3.5和4.5的溶液。
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