Номер 38, страница 241 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

9.38. Железную проволоку массой 70 г растворили в разбавленной серной кислоте. Какую массу железного купороса можно выделить из полученного раствора?

Дано:

$m(Fe) = 70 \text{ г}$

Найти:

$m(FeSO_4 \cdot 7H_2O) - ?$

Решение:

1. Составим уравнение химической реакции растворения железа в разбавленной серной кислоте. Железо (Fe) как металл, стоящий в ряду активности до водорода, вытесняет его из кислоты, образуя соль — сульфат железа(II) ($FeSO_4$) и газообразный водород ($H_2$).

$Fe + H_2SO_4 \rightarrow FeSO_4 + H_2\uparrow$

Железный купорос — это тривиальное название кристаллогидрата сульфата железа(II), имеющего формулу $FeSO_4 \cdot 7H_2O$. Именно в виде этого соединения сульфат железа(II) выделяют из водного раствора при кристаллизации.

2. Рассчитаем молярные массы исходного вещества (железа) и конечного продукта (железного купороса). Для этого воспользуемся периодической системой химических элементов Д.И. Менделеева, округляя атомные массы до целых чисел: $Ar(Fe) = 56$, $Ar(S) = 32$, $Ar(O) = 16$, $Ar(H) = 1$.

Молярная масса железа:

$M(Fe) = 56 \text{ г/моль}$

Молярная масса железного купороса ($FeSO_4 \cdot 7H_2O$):

$M(FeSO_4 \cdot 7H_2O) = Ar(Fe) + Ar(S) + 4 \cdot Ar(O) + 7 \cdot (2 \cdot Ar(H) + Ar(O))$

$M(FeSO_4 \cdot 7H_2O) = 56 + 32 + 4 \cdot 16 + 7 \cdot (2 \cdot 1 + 16) = 152 + 7 \cdot 18 = 152 + 126 = 278 \text{ г/моль}$

3. Вычислим количество вещества (число молей) железа, которое было растворено:

$\nu(Fe) = \frac{m(Fe)}{M(Fe)} = \frac{70 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} = 1.25 \text{ моль}$

4. По уравнению реакции, стехиометрическое соотношение между железом и сульфатом железа(II) составляет 1:1. Это означает, что из 1 моль железа образуется 1 моль сульфата железа(II). Следовательно, количество вещества образовавшегося сульфата железа(II) равно количеству вещества прореагировавшего железа:

$\nu(FeSO_4) = \nu(Fe) = 1.25 \text{ моль}$

5. При кристаллизации из раствора сульфат железа(II) образует кристаллогидрат. Количество вещества кристаллогидрата ($FeSO_4 \cdot 7H_2O$) будет равно количеству вещества безводной соли ($FeSO_4$):

$\nu(FeSO_4 \cdot 7H_2O) = \nu(FeSO_4) = 1.25 \text{ моль}$

6. Теперь можно рассчитать массу железного купороса, которую можно выделить из полученного раствора:

$m(FeSO_4 \cdot 7H_2O) = \nu(FeSO_4 \cdot 7H_2O) \cdot M(FeSO_4 \cdot 7H_2O)$

$m(FeSO_4 \cdot 7H_2O) = 1.25 \text{ моль} \cdot 278 \text{ г/моль} = 347.5 \text{ г}$

Ответ: из полученного раствора можно выделить 347,5 г железного купороса.