Задание №34 — Типы расчётных задач
Навеску железного купороса (FeSO4∙7H2O) растворили в воде. Первая порция полученного раствора объёмом 50 мл прореагировала точно с 40 мл подкисленного серной кислотой раствора перманганата калия с концентрацией соли 0,01 моль/л. Ко второй порции исходного раствора объёмом 100 мл добавили 60 мл раствора гидроксида калия с концентрацией 0,1 моль/л.
Рассчитайте массовую долю ионов железа в растворе после добавления щёлочи. Образованием осно́вных солей пренебречь, плотности всех растворов считать равными 1 г/мл.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения и обозначения искомых физических величин).
Проверка решения с помощью ИИ доступна авторизованным пользователям
Решение. Железный купорос FeSO4·7H2O при растворении даёт раствор сульфата железа(II). Первая порция нужна только для того, чтобы найти концентрацию этого раствора: ионы Fe2+ количественно окисляются перманганатом калия в кислой среде (среда задана — раствор KMnO4 подкислен серной кислотой, поэтому марганец переходит в Mn+2).
Уравнения реакций:
10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
FeSO4 + 2KOH → Fe(OH)2↓ + K2SO4
Проверка первого уравнения: слева Fe 10, S 10 + 8 = 18, K 2, Mn 2, O 40 + 32 + 8 = 80, H 16; справа Fe 10, S 15 + 2 + 1 = 18, K 2, Mn 2, O 60 + 8 + 4 + 8 = 80, H 16 — уравнение уравнено.
1. Концентрация исходного раствора (по первой порции).
n(KMnO4) = c · V = 0,01 моль/л · 0,040 л = 4·10−4 моль.
По уравнению на 2 моль KMnO4 приходится 10 моль FeSO4, то есть в 5 раз больше:
n(FeSO4) = 5 · 4·10−4 моль = 2·10−3 моль в 50 мл раствора.
c(FeSO4) = 2·10−3 моль / 0,050 л = 0,04 моль/л.
2. Что происходит во второй порции.
n(FeSO4) = 0,04 моль/л · 0,100 л = 4·10−3 моль;
n(KOH) = 0,1 моль/л · 0,060 л = 6·10−3 моль.
На полное осаждение 4·10−3 моль Fe2+ потребовалось бы 2 · 4·10−3 = 8·10−3 моль KOH, а взято лишь 6·10−3 моль. Значит, щёлочь в недостатке, расчёт ведём по KOH, а часть ионов Fe2+ остаётся в растворе.
n(Fe(OH)2) = n(KOH)/2 = 6·10−3/2 = 3·10−3 моль;
n(Fe2+) в растворе = 4·10−3 − 3·10−3 = 1·10−3 моль;
m(Fe2+) = 1·10−3 моль · 56 г/моль = 0,056 г.
3. Масса раствора. Плотности равны 1 г/мл, поэтому 100 мл раствора соли — это 100 г, а 60 мл раствора KOH — 60 г. Из раствора уходит только осадок:
m(Fe(OH)2) = 3·10−3 моль · 90 г/моль = 0,27 г;
m(раствора) = 100 г + 60 г − 0,27 г = 159,73 г.
4. Искомая величина.
w(Fe2+) = 0,056 г / 159,73 г = 3,5·10−4, то есть 0,035 %.
Ответ: 10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O; FeSO4 + 2KOH → Fe(OH)2↓ + K2SO4; w(Fe2+) ≈ 0,035 %.
Источник: ФИПИ