Задание №34 — Типы расчётных задач
Медный купорос (CuSO4 ∙ 5H2O) массой 12,5 г растворили в воде и получили раствор с массовой долей соли 20%. К этому раствору добавили 5,6 г железа и после завершения реакции ещё 117 г 10%-ного раствора сульфида натрия. Определите массовую долю сульфида натрия в конечном 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 сульфата меди(II); избыток железа остаётся в виде осадка вместе с медью, а с раствором сульфида натрия реагирует только образовавшийся сульфат железа(II).
Уравнения реакций:
Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu
FeSO4 + Na2S → FeS↓ + Na2SO4
1. Исходный раствор.
n(CuSO4·5H2O) = 12,5 г / 250 г/моль = 0,05 моль → m(CuSO4) = 0,05 моль · 160 г/моль = 8 г;
m(раствора) = 8 г / 0,2 = 40 г.
2. Реакция с железом. n(Fe) = 5,6 г / 56 г/моль = 0,1 моль. Реакция идёт 1 : 1, соли только 0,05 моль, значит сульфат меди(II) в недостатке, железо в избытке:
прореагировало 0,05 моль Fe, осталось 0,05 моль Fe (не растворяется дальше);
n(FeSO4) = 0,05 моль; n(Cu) = 0,05 моль.
m(раствора) = 40 г + 0,05 моль · 56 г/моль − 0,05 моль · 64 г/моль = 40 + 2,8 − 3,2 = 39,6 г.
3. Добавление сульфида натрия.
m(Na2S) = 117 г · 0,1 = 11,7 г; n(Na2S) = 11,7 г / 78 г/моль = 0,15 моль.
На 0,05 моль FeSO4 расходуется 0,05 моль Na2S, то есть сульфид натрия в избытке (металлические Fe и Cu с ним не реагируют):
n(Na2S) осталось = 0,15 − 0,05 = 0,1 моль; m = 0,1 моль · 78 г/моль = 7,8 г;
m(FeS) = 0,05 моль · 88 г/моль = 4,4 г.
4. Масса конечного раствора и искомая величина.
m(раствора) = 39,6 г + 117 г − 4,4 г = 152,2 г;
w(Na2S) = 7,8 г / 152,2 г = 0,0512, то есть 5,12 %.
Ответ: w(Na2S) ≈ 5,12 %.
Источник: ФИПИ