Задание №34
К 117,6 г 25%-ного раствора серной кислоты добавили 16 г оксида железа(III). После окончания реакции в раствор внесли 12,6 г сульфита натрия. Вычислите массовую долю сульфата натрия в конечном растворе. В условиях, при которых были проведены реакции, растворимость сульфата железа(II) составляет 29,5 г на 100 г воды, сульфата железа(III) – 440 г на 100 г воды, растворимость сульфата натрия – 28 г на 100 г воды. Возможным образованием кислых солей и процессами гидролиза пренебречь.
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. Уравнения реакций, указанных в условии:
Fe2O3 + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3H2O
Fe2(SO4)3 + Na2SO3 + H2O → 2FeSO4 + Na2SO4 + H2SO4
Вторая реакция окислительно-восстановительная: Fe+3 + 1e− → Fe+2 (окислитель), S+4 − 2e− → S+6 (восстановитель).
1. Первая реакция: точное соотношение реагентов.
m(H2SO4) = 117,6 г · 0,25 = 29,4 г; n(H2SO4) = 29,4 г / 98 г/моль = 0,3 моль;
n(Fe2O3) = 16 г / 160 г/моль = 0,1 моль.
На 0,1 моль оксида нужно ровно 3 · 0,1 моль = 0,3 моль кислоты — реагенты взяты в стехиометрическом отношении, ни оксида, ни кислоты не остаётся:
n(Fe2(SO4)3) = 0,1 моль; m = 0,1 моль · 400 г/моль = 40 г.
2. Масса воды в растворе после первой реакции. Вода поступает из раствора кислоты и образуется в реакции:
m(H2O) = 117,6 г · 0,75 + 3 · 0,1 моль · 18 г/моль = 88,2 г + 5,4 г = 93,6 г.
Растворимость Fe2(SO4)3 — 440 г на 100 г воды, то есть в 93,6 г воды может раствориться 440 · 0,936 = 411,8 г, и все 40 г соли остаются в растворе.
3. Вторая реакция: снова точное соотношение.
n(Na2SO3) = 12,6 г / 126 г/моль = 0,1 моль — столько же, сколько Fe2(SO4)3, а реагируют они 1 : 1, значит оба вещества расходуются полностью:
n(FeSO4) = 2 · 0,1 моль = 0,2 моль; m(FeSO4) = 0,2 моль · 152 г/моль = 30,4 г;
n(Na2SO4) = 0,1 моль; m(Na2SO4) = 0,1 моль · 142 г/моль = 14,2 г;
n(H2SO4) = 0,1 моль; m(H2SO4) = 9,8 г.
Вода при этом расходуется: m(H2O) = 93,6 г − 0,1 моль · 18 г/моль = 93,6 г − 1,8 г = 91,8 г.
4. Проверка растворимости образовавшихся солей. В 91,8 г воды может раствориться:
сульфата железа(II): 29,5 г · 91,8/100 = 27,081 г, а его образовалось 30,4 г, значит в осадок выпадает
m(FeSO4↓) = 30,4 г − 27,081 г = 3,319 г;
сульфата натрия: 28 г · 91,8/100 = 25,704 г, а его всего 14,2 г — он растворён полностью.
5. Массовая доля сульфата натрия. Газ не выделяется, из системы уходит только выпавший FeSO4:
m(р-ра кон.) = 117,6 г + 16 г + 12,6 г − 3,319 г = 142,881 г;
ω(Na2SO4) = 14,2 г / 142,881 г = 0,0994, то есть 9,94 %.
Проверка: масса раствора складывается из его составных частей: 91,8 г (вода) + 27,081 г (FeSO4) + 14,2 г (Na2SO4) + 9,8 г (H2SO4) = 142,881 г.
Ответ: Fe2O3 + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3H2O; Fe2(SO4)3 + Na2SO3 + H2O → 2FeSO4 + Na2SO4 + H2SO4; ω(Na2SO4) ≈ 9,94 %.
Источник: ФИПИ