Номер 130, страница 206 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.130. Какую массу медного купороса можно получить, имея в распоряжении 6 г оксида меди(II) и 50 г 4,9%-й серной кислоты? Найдите массовую долю сульфата меди в полученном растворе.

Дано:

$m(CuO) = 6 \text{ г}$

$m_{р-ра}(H_2SO_4) = 50 \text{ г}$

$\omega(H_2SO_4) = 4,9\% = 0,049$

Найти:

$m(CuSO_4 \cdot 5H_2O)$ — ?

$\omega_{кон}(CuSO_4)$ — ?

Решение:

1. Составим уравнение реакции между оксидом меди(II) и серной кислотой. В результате реакции образуются сульфат меди(II) и вода.

$CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O$

2. Рассчитаем молярные массы веществ, используя округленные значения атомных масс: $Ar(Cu)=64$, $Ar(O)=16$, $Ar(H)=1$, $Ar(S)=32$.

$M(CuO) = 64 + 16 = 80 \text{ г/моль}$

$M(H_2SO_4) = 2 \cdot 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 98 \text{ г/моль}$

$M(CuSO_4) = 64 + 32 + 4 \cdot 16 = 160 \text{ г/моль}$

Медный купорос — это кристаллогидрат сульфата меди(II), его формула $CuSO_4 \cdot 5H_2O$.

$M(CuSO_4 \cdot 5H_2O) = M(CuSO_4) + 5 \cdot M(H_2O) = 160 + 5 \cdot (2 \cdot 1 + 16) = 160 + 90 = 250 \text{ г/моль}$

3. Определим, какой из реагентов находится в недостатке. Для этого найдем количество вещества каждого реагента.

Масса чистой серной кислоты в растворе:

$m(H_2SO_4) = m_{р-ра}(H_2SO_4) \cdot \omega(H_2SO_4) = 50 \text{ г} \cdot 0,049 = 2,45 \text{ г}$

Количество вещества серной кислоты:

$n(H_2SO_4) = \frac{m(H_2SO_4)}{M(H_2SO_4)} = \frac{2,45 \text{ г}}{98 \text{ г/моль}} = 0,025 \text{ моль}$

Количество вещества оксида меди(II):

$n(CuO) = \frac{m(CuO)}{M(CuO)} = \frac{6 \text{ г}}{80 \text{ г/моль}} = 0,075 \text{ моль}$

4. Согласно уравнению реакции, реагенты взаимодействуют в мольном соотношении $1:1$. Так как $n(H_2SO_4) = 0,025 \text{ моль}$, а $n(CuO) = 0,075 \text{ моль}$, то серная кислота находится в недостатке ($0,025 < 0,075$). Дальнейшие расчеты ведем по веществу в недостатке — по серной кислоте.

Какую массу медного купороса можно получить?

Количество вещества медного купороса ($CuSO_4 \cdot 5H_2O$), которое можно получить, равно количеству вещества прореагировавшей серной кислоты, так как по уравнению реакции $n(H_2SO_4) = n(CuSO_4)$.

$n(CuSO_4 \cdot 5H_2O) = n(H_2SO_4) = 0,025 \text{ моль}$

Масса медного купороса, которую можно получить:

$m(CuSO_4 \cdot 5H_2O) = n(CuSO_4 \cdot 5H_2O) \cdot M(CuSO_4 \cdot 5H_2O) = 0,025 \text{ моль} \cdot 250 \text{ г/моль} = 6,25 \text{ г}$

Ответ: можно получить 6,25 г медного купороса.

Найдите массовую долю сульфата меди в полученном растворе.

Сначала найдем массу образовавшегося безводного сульфата меди ($CuSO_4$) и массу конечного раствора.

Масса образовавшегося сульфата меди:

$n(CuSO_4) = n(H_2SO_4) = 0,025 \text{ моль}$

$m(CuSO_4) = n(CuSO_4) \cdot M(CuSO_4) = 0,025 \text{ моль} \cdot 160 \text{ г/моль} = 4,0 \text{ г}$

Масса конечного раствора равна сумме массы исходного раствора серной кислоты и массы оксида меди(II), который прореагировал. Непрореагировавший оксид меди является твердым осадком и в массу раствора не входит.

Масса прореагировавшего оксида меди(II):

$n(CuO)_{\text{реаг.}} = n(H_2SO_4) = 0,025 \text{ моль}$

$m(CuO)_{\text{реаг.}} = n(CuO)_{\text{реаг.}} \cdot M(CuO) = 0,025 \text{ моль} \cdot 80 \text{ г/моль} = 2,0 \text{ г}$

Масса конечного раствора:

$m_{кон. р-ра} = m_{р-ра}(H_2SO_4) + m(CuO)_{\text{реаг.}} = 50 \text{ г} + 2,0 \text{ г} = 52,0 \text{ г}$

Массовая доля сульфата меди в полученном растворе:

$\omega_{кон}(CuSO_4) = \frac{m(CuSO_4)}{m_{кон. р-ра}} \cdot 100\% = \frac{4,0 \text{ г}}{52,0 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 7,69\%$

Ответ: массовая доля сульфата меди в полученном растворе составляет 7,69%.