Номер 63, страница 244 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

9.63. При растворении смеси меди и оксида меди(II) в концентрированной серной кислоте выделилось 4,48 л (н. у.) газа и было получено 300 г раствора с массовой долей соли 16%. Определите массовую долю оксида меди(II) в исходной смеси.

Дано:

V(SO₂) = 4,48 л (н. у.)

m(раствора) = 300 г

ω(CuSO₄) = 16%

Найти:

ω(CuO) - ?

Решение:

При растворении смеси в концентрированной серной кислоте происходят две реакции. Газ (диоксид серы $SO_2$) выделяется только в реакции с медью.

1. Реакция меди с концентрированной серной кислотой:

$Cu + 2H_2SO_4 \text{(конц.)} \rightarrow CuSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O$ (1)

2. Реакция оксида меди(II) с серной кислотой:

$CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O$ (2)

Найдем количество вещества выделившегося газа $SO_2$. Молярный объем газа при нормальных условиях ($V_m$) равен 22,4 л/моль.

$n(SO_2) = \frac{V(SO_2)}{V_m} = \frac{4,48 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,2 \text{ моль}$

По уравнению реакции (1), количество вещества меди, прореагировавшей с кислотой, равно количеству вещества выделившегося диоксида серы:

$n(Cu) = n(SO_2) = 0,2 \text{ моль}$

Найдем массу меди в исходной смеси. Молярная масса меди $M(Cu) = 64$ г/моль.

$m(Cu) = n(Cu) \cdot M(Cu) = 0,2 \text{ моль} \cdot 64 \text{ г/моль} = 12,8 \text{ г}$

В обеих реакциях образуется сульфат меди(II) $CuSO_4$. Найдем общую массу соли в полученном растворе:

$m_{общ}(CuSO_4) = m(\text{раствора}) \cdot \omega(CuSO_4) = 300 \text{ г} \cdot 0,16 = 48 \text{ г}$

Теперь определим массу сульфата меди, которая образовалась в первой реакции. По уравнению (1), $n_1(CuSO_4) = n(SO_2) = 0,2 \text{ моль}$. Молярная масса $M(CuSO_4) = 64 + 32 + 4 \cdot 16 = 160$ г/моль.

$m_1(CuSO_4) = n_1(CuSO_4) \cdot M(CuSO_4) = 0,2 \text{ моль} \cdot 160 \text{ г/моль} = 32 \text{ г}$

Найдем массу сульфата меди, образовавшуюся во второй реакции, как разницу между общей массой соли и массой соли из первой реакции:

$m_2(CuSO_4) = m_{общ}(CuSO_4) - m_1(CuSO_4) = 48 \text{ г} - 32 \text{ г} = 16 \text{ г}$

Найдем количество вещества сульфата меди из второй реакции:

$n_2(CuSO_4) = \frac{m_2(CuSO_4)}{M(CuSO_4)} = \frac{16 \text{ г}}{160 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

По уравнению реакции (2), количество вещества оксида меди(II) равно количеству вещества образовавшегося в этой реакции сульфата меди:

$n(CuO) = n_2(CuSO_4) = 0,1 \text{ моль}$

Найдем массу оксида меди(II) в исходной смеси. Молярная масса $M(CuO) = 64 + 16 = 80$ г/моль.

$m(CuO) = n(CuO) \cdot M(CuO) = 0,1 \text{ моль} \cdot 80 \text{ г/моль} = 8 \text{ г}$

Масса исходной смеси равна сумме масс меди и оксида меди(II):

$m(\text{смеси}) = m(Cu) + m(CuO) = 12,8 \text{ г} + 8 \text{ г} = 20,8 \text{ г}$

Наконец, определим массовую долю оксида меди(II) в исходной смеси:

$\omega(CuO) = \frac{m(CuO)}{m(\text{смеси})} \cdot 100\% = \frac{8 \text{ г}}{20,8 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 38,46\%$

Ответ: массовая доля оксида меди(II) в исходной смеси составляет 38,46%.