Номер 13, страница 63 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 13. Серный ангидрид и серная кислота. Глава 1. Неметаллы - номер 13, страница 63.

Условие.

13. После растворения 22,4 г смеси меди и оксида меди(II) в 500 г концентрированной серной кислоты масса раствора оказалась равной 516 г. Определите массовую долю соли в полученном растворе.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(\text{смеси Cu и CuO}) = 22,4 \text{ г}$

$m(\text{р-ра } H_2SO_4) = 500 \text{ г}$

$m(\text{конечного р-ра}) = 516 \text{ г}$

Найти:

$\omega(\text{соли}) - ?$

Решение:

При растворении смеси меди и оксида меди(II) в концентрированной серной кислоте протекают две химические реакции. В обеих реакциях образуется соль — сульфат меди(II) ($CuSO_4$).

1. Взаимодействие оксида меди(II) с серной кислотой (реакция обмена):

$CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O$

2. Взаимодействие металлической меди с концентрированной серной кислотой (окислительно-восстановительная реакция). В этой реакции выделяется газообразный диоксид серы, который улетучивается из раствора:

$Cu + 2H_2SO_{4(\text{конц.})} \rightarrow CuSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O$

Суммарная масса веществ до реакции (смесь и раствор кислоты) составляет:

$m(\text{начальная}) = m(\text{смеси}) + m(\text{р-ра } H_2SO_4) = 22,4 \text{ г} + 500 \text{ г} = 522,4 \text{ г}$

Масса конечного раствора, по условию, равна 516 г. Уменьшение массы системы произошло за счет выделения и улетучивания газа $SO_2$. Найдем массу выделившегося газа:

$m(SO_2) = m(\text{начальная}) - m(\text{конечного р-ра})$

$m(SO_2) = 522,4 \text{ г} - 516 \text{ г} = 6,4 \text{ г}$

Зная массу $SO_2$, можно найти количество вещества этого газа, а затем, по уравнению реакции (2), определить количество вещества и массу меди, которая прореагировала.

Молярная масса диоксида серы $M(SO_2) = 32,07 + 2 \cdot 16,00 = 64,07 \text{ г/моль}$ (для расчетов можно использовать округленное значение 64 г/моль).

$M(SO_2) \approx 64 \text{ г/моль}$

Количество вещества $SO_2$:

$n(SO_2) = \frac{m(SO_2)}{M(SO_2)} = \frac{6,4 \text{ г}}{64 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

Согласно стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции (2), количество вещества меди равно количеству вещества диоксида серы:

$n(Cu) = n(SO_2) = 0,1 \text{ моль}$

Найдем массу меди в исходной смеси. Молярная масса меди $M(Cu) \approx 64 \text{ г/моль}$.

$m(Cu) = n(Cu) \cdot M(Cu) = 0,1 \text{ моль} \cdot 64 \text{ г/моль} = 6,4 \text{ г}$

Теперь можем найти массу оксида меди(II) в смеси:

$m(CuO) = m(\text{смеси}) - m(Cu) = 22,4 \text{ г} - 6,4 \text{ г} = 16,0 \text{ г}$

Далее рассчитаем общую массу соли ($CuSO_4$), которая образовалась в двух реакциях.

Сначала найдем количество вещества $CuO$. Молярная масса $M(CuO) \approx 64 + 16 = 80 \text{ г/моль}$.

$n(CuO) = \frac{m(CuO)}{M(CuO)} = \frac{16,0 \text{ г}}{80 \text{ г/моль}} = 0,2 \text{ моль}$

Из уравнения реакции (1) следует, что количество вещества $CuSO_4$, образовавшегося из $CuO$, равно $n_1(CuSO_4) = n(CuO) = 0,2 \text{ моль}$.

Из уравнения реакции (2) следует, что количество вещества $CuSO_4$, образовавшегося из $Cu$, равно $n_2(CuSO_4) = n(Cu) = 0,1 \text{ моль}$.

Суммарное количество вещества сульфата меди(II):

$n_{\text{общ.}}(CuSO_4) = n_1(CuSO_4) + n_2(CuSO_4) = 0,2 \text{ моль} + 0,1 \text{ моль} = 0,3 \text{ моль}$

Найдем общую массу образовавшейся соли. Молярная масса $M(CuSO_4) \approx 64 + 32 + 4 \cdot 16 = 160 \text{ г/моль}$.

$m(CuSO_4) = n_{\text{общ.}}(CuSO_4) \cdot M(CuSO_4) = 0,3 \text{ моль} \cdot 160 \text{ г/моль} = 48 \text{ г}$

Наконец, определим массовую долю соли в полученном растворе по формуле:

$\omega(\text{соли}) = \frac{m(\text{соли})}{m(\text{раствора})} \cdot 100\%$

$\omega(CuSO_4) = \frac{48 \text{ г}}{516 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 9,302\%$

Округляя до десятых, получаем 9,3%.

Ответ: массовая доля соли в полученном растворе составляет 9,3%.