Задание №34 — Типы расчётных задач
Медный купорос (CuSO4 ∙ 5H2O) массой 25 г растворили в воде и получили раствор с массовой долей соли 10%. К этому раствору добавили 8,4 г железа и после завершения реакции ещё 100 г 9,8%-ного раствора серной кислоты. Определите массовую долю соли в полученном растворе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи,
и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).
Проверка решения с помощью ИИ доступна авторизованным пользователям
Решение. Железо вытесняет медь из раствора её соли; оставшееся железо затем растворяется в серной кислоте, а выделившаяся медь с разбавленной кислотой не реагирует.
Уравнения реакций:
1) Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu
2) Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2↑
1. Исходный раствор соли.
M(CuSO4 · 5H2O) = 160 г/моль + 5 · 18 г/моль = 250 г/моль
n(CuSO4 · 5H2O) = 25 г / 250 г/моль = 0,1 моль, значит n(CuSO4) = 0,1 моль
m(CuSO4) = 0,1 моль · 160 г/моль = 16 г
m(р-ра) = 16 г / 0,10 = 160 г
2. Реакция с железом.
n(Fe) = 8,4 г / 56 г/моль = 0,15 моль
По уравнению 1 реагенты расходуются 1 : 1; железа 0,15 моль, соли 0,1 моль — сульфат меди(II) в недостатке, железо в избытке:
n(Cu) = 0,1 моль, m(Cu) = 6,4 г; n(FeSO4) = 0,1 моль
n(Fe, ост.) = 0,15 моль − 0,1 моль = 0,05 моль
3. Действие серной кислоты.
m(H2SO4) = 100 г · 0,098 = 9,8 г; n(H2SO4) = 9,8 г / 98 г/моль = 0,1 моль
По уравнению 2 на 0,05 моль железа нужно 0,05 моль кислоты, а её 0,1 моль — кислота в избытке, всё оставшееся железо растворяется:
n(H2) = 0,05 моль, m(H2) = 0,1 г; дополнительно образуется 0,05 моль FeSO4
Медь с разбавленной серной кислотой не реагирует и остаётся твёрдым осадком.
n(FeSO4) общее = 0,1 моль + 0,05 моль = 0,15 моль
m(FeSO4) = 0,15 моль · 152 г/моль = 22,8 г
4. Массовая доля соли. Из общей массы всего внесённого (раствор соли, железо, раствор кислоты) вычитаем то, что раствором не является: осевшую медь и улетевший водород.
m(р-ра кон.) = 160 г + 8,4 г + 100 г − 6,4 г − 0,1 г = 261,9 г
w(FeSO4) = 22,8 г / 261,9 г = 0,0871, или 8,71 %
Проверка: по железу — все 0,15 моль перешли в раствор в виде FeSO4, твёрдого железа не осталось; в растворе есть ещё непрореагировавшая H2SO4 (0,05 моль, 4,9 г), поэтому единственная соль в растворе — сульфат железа(II).
Ответ: w(FeSO4) ≈ 8,71 %.
Источник: ФИПИ