Задание №34 — Типы расчётных задач
При растворении <?XML:NAMESPACE PREFIX = NS0 />25 г медного купороса (CuSO4 · 5H2O) в воде был получен 20%-ный раствор соли. К этому раствору добавили измельчённую смесь, образовавшуюся в результате прокаливания порошка алюминия массой 2,16 г с оксидом железа(III) массой 6,4 г. Определите массовую долю сульфата меди(II) 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. Прокаливание порошка алюминия с оксидом железа(III) — алюминотермия; в полученной смеси железо восстанавливает медь из раствора её соли, а оксид алюминия с раствором сульфата меди(II) не реагирует.
Уравнения реакций:
2Al + Fe2O3 → (t°) Al2O3 + 2Fe
Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu
1. Исходный раствор.
n(CuSO4·5H2O) = 25 г / 250 г/моль = 0,1 моль → n(CuSO4) = 0,1 моль, m(CuSO4) = 16 г;
m(раствора) = 16 г / 0,2 = 80 г.
2. Алюминотермия.
n(Al) = 2,16 г / 27 г/моль = 0,08 моль; n(Fe2O3) = 6,4 г / 160 г/моль = 0,04 моль.
По уравнению нужно соотношение 2 : 1, и оно как раз выполняется (0,08 : 0,04), значит оба вещества расходуются полностью:
n(Fe) = 0,08 моль (4,48 г); n(Al2O3) = 0,04 моль (4,08 г).
3. Реакция с раствором соли. Железо вытесняет медь в отношении 1 : 1. На 0,08 моль Fe нужно 0,08 моль CuSO4, а его 0,1 моль, значит железо в недостатке, сульфат меди(II) в избытке и часть его остаётся в растворе:
n(CuSO4) прореагировало = 0,08 моль; осталось 0,1 − 0,08 = 0,02 моль;
m(CuSO4) в растворе = 0,02 моль · 160 г/моль = 3,2 г.
4. Масса раствора. В раствор переходит железо, из раствора уходит медь; Al2O3 остаётся в осадке и в массу раствора не входит:
m(раствора) = 80 г + 0,08 моль · 56 г/моль − 0,08 моль · 64 г/моль = 80 + 4,48 − 5,12 = 79,36 г.
5. Искомая величина.
w(CuSO4) = 3,2 г / 79,36 г = 0,0403, то есть 4,03 %.
Ответ: w(CuSO4) ≈ 4,03 %.
Источник: ФИПИ