Задание №34 — Типы расчётных задач
Смесь меди и оксида меди(II), в которой массовая доля атомов меди равна 96%, растворили в 472 г концентрированной серной кислоты, взятой в избытке. Минимальная масса 10%-ного раствора гидроксида натрия, который может прореагировать с выделившимся при этом газом, составляет 200 г. Вычислите массовую долю соли в растворе, образовавшемся после растворения исходной смеси в кислоте.
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. С концентрированной серной кислотой медь реагирует с выделением SO2, а оксид меди(II) просто нейтрализует кислоту. Минимальная масса щёлочи, реагирующей с газом, отвечает образованию кислой соли — гидросульфита натрия (щёлочи требуется вдвое меньше, чем на среднюю соль).
Уравнения реакций:
Cu + 2H2SO4 (конц.) → (t°) CuSO4 + SO2↑ + 2H2O
CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O
SO2 + NaOH → NaHSO3
1. Количество газа.
m(NaOH) = 200 г · 0,1 = 20 г; n(NaOH) = 20 г / 40 г/моль = 0,5 моль;
по уравнению с образованием кислой соли n(SO2) = n(NaOH) = 0,5 моль,
а по первому уравнению n(Cu) = n(SO2) = 0,5 моль.
2. Состав смеси. Пусть в смеси 0,5 моль Cu и y моль CuO. Атомы меди есть в обоих веществах:
w(Cu, атомы) = 64(0,5 + y) / (0,5 · 64 + 80y) = 0,96;
32 + 64y = 0,96 · (32 + 80y) = 30,72 + 76,8y → 1,28 = 12,8y → y = 0,1 моль.
m(смеси) = 0,5 моль · 64 г/моль + 0,1 моль · 80 г/моль = 32 г + 8 г = 40 г.
Проверка: масса атомов меди = (0,5 + 0,1) моль · 64 г/моль = 38,4 г; 38,4/40 = 0,96 — сходится.
3. Соль в растворе. Кислота взята в избытке, поэтому вся медь (и из металла, и из оксида) переходит в сульфат меди(II):
n(CuSO4) = 0,5 + 0,1 = 0,6 моль; m(CuSO4) = 0,6 моль · 160 г/моль = 96 г.
4. Масса раствора и искомая величина. Из системы уходит только SO2:
m(SO2) = 0,5 моль · 64 г/моль = 32 г;
m(раствора) = 40 г + 472 г − 32 г = 480 г;
w(CuSO4) = 96 г / 480 г = 0,20, то есть 20 %.
Ответ: w(CuSO4) = 20 %.
Источник: ФИПИ