Question

Медный купорос ($\ce{CuSO4 · 5H2O}$) 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 и обозначения искомых физических величин).

Accepted Answer

Answer

Идея решения: проследить цепочку реакций замещения, определить лимитирующие реагенты на каждом этапе и вычислить массовую долю оставшегося сульфида натрия в конечном растворе.

**Уравнения реакций:**

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

$$\ce{FeSO4 + Na2S -> FeS v + Na2SO4}$$

**Расчёты:**

1) Вычислим количество вещества медного купороса:

$$n(\ce{CuSO4 · 5H2O}) = \frac{m}{M} = \frac{12{,}5}{250} = 0{,}05 	ext{ моль}$$

Следовательно, $n(\ce{CuSO4}) = 0{,}05$ моль.

2) Найдём массу сульфата меди(II):

$$m(\ce{CuSO4}) = n \cdot M = 0{,}05 \cdot 160 = 8 	ext{ г}$$

3) Определим массу раствора сульфата меди(II):

$$m_{	ext{р-ра}} = \frac{m(\ce{CuSO4})}{\omega} = \frac{8}{0{,}2} = 40 	ext{ г}$$

4) Вычислим количество вещества железа:

$$n(\ce{Fe}) = \frac{5{,}6}{56} = 0{,}1 	ext{ моль}$$

5) Определим лимитирующий реагент в первой реакции. Сравним мольные отношения:

$$\frac{n(\ce{CuSO4})}{1} : \frac{n(\ce{Fe})}{1} = 0{,}05 : 0{,}1$$

Так как $0{,}05 < 0{,}1$, сульфат меди(II) находится в недостатке. Расчёты ведём по нему.

Количество прореагировавшего железа:

$$n_{	ext{реаг}}(\ce{Fe}) = 0{,}05 	ext{ моль}$$

$$m_{	ext{реаг}}(\ce{Fe}) = 0{,}05 \cdot 56 = 2{,}8 	ext{ г}$$

6) Количество образовавшейся меди:

$$n(\ce{Cu}) = 0{,}05 	ext{ моль}$$

$$m(\ce{Cu}) = 0{,}05 \cdot 64 = 3{,}2 	ext{ г}$$

7) Количество образовавшегося сульфата железа(II):

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

8) Найдём массу и количество сульфида натрия в добавленном растворе:

$$m(\ce{Na2S}) = 117 \cdot 0{,}1 = 11{,}7 	ext{ г}$$

$$n(\ce{Na2S}) = \frac{11{,}7}{78} = 0{,}15 	ext{ моль}$$

9) Во второй реакции сульфат железа(II) находится в недостатке (0,05 моль против 0,15 моль сульфида натрия).

10) Количество образовавшегося сульфида железа(II):

$$n(\ce{FeS}) = 0{,}05 	ext{ моль}$$

$$m(\ce{FeS}) = 0{,}05 \cdot 88 = 4{,}4 	ext{ г}$$

11) Количество оставшегося сульфида натрия:

$$n_{	ext{ост}}(\ce{Na2S}) = 0{,}15 - 0{,}05 = 0{,}1 	ext{ моль}$$

$$m_{	ext{ост}}(\ce{Na2S}) = 0{,}1 \cdot 78 = 7{,}8 	ext{ г}$$

12) Масса конечного раствора:

$$m_{	ext{конечн}} = 40 + 2{,}8 + 117 - 3{,}2 - 4{,}4 = 152{,}2 	ext{ г}$$

13) Массовая доля сульфида натрия в конечном растворе:

$$\omega(\ce{Na2S}) = \frac{7{,}8}{152{,}2} = 0{,}0512 \approx 5{,}1\%$$

Задание №34Расчётные задачиЕГЭ по химии