Question

Медный купорос ($\ce{CuSO4 · 5H2O}$) массой 25 г растворили в воде и получили раствор с массовой долей соли 10%. К этому раствору добавили 8,4 г железа и после завершения реакции ещё 100 г 9,8%-ного раствора серной кислоты. Определите массовую долю соли в полученном растворе. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения и обозначения искомых физических величин).

Accepted Answer

Answer

Идея решения: необходимо проследить две последовательные реакции, определить лимитирующие реагенты в каждой, вычислить количество образовавшихся солей и найти их массовую долю в конечном растворе.

**Уравнения реакций:**

$$\ce{CuSO4 + Fe -> FeSO4 + Cu}$$

$$\ce{Fe + H2SO4 -> FeSO4 + H2 ^}$$

**Расчёты:**

1) Вычислим количество вещества медного купороса:

$$n(\ce{CuSO4 · 5H2O}) = \frac{m}{M} = \frac{25}{250} = 0{,}1 	ext{ моль}$$

$$n(\ce{CuSO4}) = 0{,}1 	ext{ моль}$$

2) Найдём массу чистого сульфата меди(II) и массу раствора:

$$m(\ce{CuSO4}) = 0{,}1 \cdot 160 = 16 	ext{ г}$$

$$m_{	ext{р-ра}} = \frac{16}{0{,}1} = 160 	ext{ г}$$

3) Вычислим количество вещества железа:

$$n(\ce{Fe}) = \frac{8{,}4}{56} = 0{,}15 	ext{ моль}$$

4) Определим лимитирующий реагент в первой реакции. Сравним отношения:

$$\frac{n(\ce{CuSO4})}{1} : \frac{n(\ce{Fe})}{1} = 0{,}1 : 0{,}15$$

Сульфат меди(II) в недостатке, железо в избытке. Расчёты ведём по $\ce{CuSO4}$.

5) Найдём массу выделившейся меди:

$$n(\ce{Cu}) = 0{,}1 	ext{ моль}$$

$$m(\ce{Cu}) = 0{,}1 \cdot 64 = 6{,}4 	ext{ г}$$

6) Вычислим оставшееся количество железа:

$$n_{	ext{прореаг.}}(\ce{Fe}) = 0{,}1 	ext{ моль}$$

$$n_{	ext{ост.}}(\ce{Fe}) = 0{,}15 - 0{,}1 = 0{,}05 	ext{ моль}$$

7) Найдём количество вещества серной кислоты в растворе:

$$m(\ce{H2SO4}) = 100 \cdot 0{,}098 = 9{,}8 	ext{ г}$$

$$n(\ce{H2SO4}) = \frac{9{,}8}{98} = 0{,}1 	ext{ моль}$$

8) Определим лимитирующий реагент во второй реакции:

$$\frac{n_{	ext{ост.}}(\ce{Fe})}{1} : \frac{n(\ce{H2SO4})}{1} = 0{,}05 : 0{,}1$$

Железо в недостатке, серная кислота в избытке. Расчёты ведём по $\ce{Fe}$.

9) Вычислим общее количество сульфата железа(II):

$$n_1(\ce{FeSO4}) = 0{,}1 	ext{ моль (из первой реакции)}$$

$$n_2(\ce{FeSO4}) = 0{,}05 	ext{ моль (из второй реакции)}$$

$$n(\ce{FeSO4}) = 0{,}1 + 0{,}05 = 0{,}15 	ext{ моль}$$

$$m(\ce{FeSO4}) = 0{,}15 \cdot 152 = 22{,}8 	ext{ г}$$

10) Найдём массу выделившегося водорода:

$$n(\ce{H2}) = 0{,}05 	ext{ моль}$$

$$m(\ce{H2}) = 0{,}05 \cdot 2 = 0{,}1 	ext{ г}$$

11) Вычислим массу конечного раствора:

$$m_{	ext{конечн.}} = 160 + 8{,}4 + 100 - 6{,}4 - 0{,}1 = 261{,}9 	ext{ г}$$

12) Определим массовую долю сульфата железа(II):

$$\omega(\ce{FeSO4}) = \frac{22{,}8}{261{,}9} = 0{,}087 = 8{,}7\%$$

Задание №34Расчётные задачиЕГЭ по химии