Номер 18, страница 217 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 45. Медь. Глава 4. Металлы побочных подгрупп - номер 18, страница 217.

Условие.

18. В колбу с горячим раствором 90%-й серной кислоты внесли смесь меди и оксида железа(II). После полного растворения смеси в кислоте масса раствора в колбе увеличилась на 12 г. Точно такую же навеску исходной смеси внесли в другую колбу с горячим раствором 90%-й азотной кислоты. После полного растворения смеси масса раствора в колбе увеличилась на 5 г. Определите массу навески исходной смеси.

Решение.

Решение 2.

Дано:

Смесь: $Cu$ и $FeO$
Эксперимент 1: растворение в горячей 90%-й $H_2SO_4$
Увеличение массы раствора в колбе 1, $\Delta m_1 = 12$ г
Эксперимент 2: растворение такой же навески в горячей 90%-й $HNO_3$
Увеличение массы раствора в колбе 2, $\Delta m_2 = 5$ г

Найти:

Массу навески исходной смеси, $m(\text{смеси})$ — ?

Решение:

Пусть в исходной навеске смеси содержалось $x$ моль меди ($Cu$) и $y$ моль оксида железа(II) ($FeO$).Масса навески будет равна сумме масс ее компонентов.Молярные массы: $M(Cu) = 64$ г/моль, $M(FeO) = 56 + 16 = 72$ г/моль.Тогда масса смеси: $m(\text{смеси}) = m(Cu) + m(FeO) = 64x + 72y$.

1. Растворение в серной кислоте.
При растворении смеси в горячей концентрированной серной кислоте протекают следующие реакции:
$Cu + 2H_2SO_4(\text{конц., гор.}) \rightarrow CuSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O$
$2FeO + 4H_2SO_4(\text{конц., гор.}) \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + SO_2\uparrow + 4H_2O$
Увеличение массы раствора в колбе ($\Delta m_1$) равно массе добавленной смеси за вычетом массы выделившегося газа (сернистого газа $SO_2$).
$\Delta m_1 = m(\text{смеси}) - m(SO_2)$
Из уравнений реакций следует, что:
- из $x$ моль $Cu$ образуется $x$ моль $SO_2$;
- из $y$ моль $FeO$ образуется $y/2 = 0.5y$ моль $SO_2$.
Общее количество вещества $SO_2$: $n(SO_2) = x + 0.5y$ моль.
Молярная масса $SO_2$: $M(SO_2) = 32 + 2 \cdot 16 = 64$ г/моль.
Масса выделившегося $SO_2$: $m(SO_2) = 64 \cdot (x + 0.5y) = 64x + 32y$ г.
Составим уравнение для первого эксперимента:
$12 = (64x + 72y) - (64x + 32y)$
$12 = 64x + 72y - 64x - 32y$
$12 = 40y$
$y = \frac{12}{40} = 0.3$ моль.

2. Растворение в азотной кислоте.
При растворении смеси в горячей концентрированной азотной кислоте протекают следующие реакции:
$Cu + 4HNO_3(\text{конц., гор.}) \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 2H_2O$
$FeO + 4HNO_3(\text{конц., гор.}) \rightarrow Fe(NO_3)_3 + NO_2\uparrow + 2H_2O$
Увеличение массы раствора в колбе ($\Delta m_2$) равно массе добавленной смеси за вычетом массы выделившегося газа (оксида азота(IV) $NO_2$).
$\Delta m_2 = m(\text{смеси}) - m(NO_2)$
Из уравнений реакций следует, что:
- из $x$ моль $Cu$ образуется $2x$ моль $NO_2$;
- из $y$ моль $FeO$ образуется $y$ моль $NO_2$.
Общее количество вещества $NO_2$: $n(NO_2) = 2x + y$ моль.
Молярная масса $NO_2$: $M(NO_2) = 14 + 2 \cdot 16 = 46$ г/моль.
Масса выделившегося $NO_2$: $m(NO_2) = 46 \cdot (2x + y) = 92x + 46y$ г.
Составим уравнение для второго эксперимента:
$5 = (64x + 72y) - (92x + 46y)$
$5 = 64x + 72y - 92x - 46y$
$5 = -28x + 26y$

3. Расчет массы навески.
Мы получили систему из двух уравнений, но из первого уже нашли $y = 0.3$ моль. Подставим это значение во второе уравнение:
$5 = -28x + 26 \cdot (0.3)$
$5 = -28x + 7.8$
$28x = 7.8 - 5$
$28x = 2.8$
$x = \frac{2.8}{28} = 0.1$ моль.
Таким образом, в исходной навеске содержалось 0.1 моль меди и 0.3 моль оксида железа(II).
Теперь найдем массу исходной навески:
$m(\text{смеси}) = 64x + 72y = 64 \cdot 0.1 + 72 \cdot 0.3 = 6.4 + 21.6 = 28$ г.

Ответ:масса навески исходной смеси равна 28 г.