Номер 8, страница 288 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 40. Сероводород и сульфиды - номер 8, страница 288.

Условие.

8. Смесь хлорида железа(II) и хлорида неизвестного металла массой 39,7 г растворили в 500 г воды. Раствор разделили на две одинаковые порции. Через первую пропустили избыток сероводорода; образовался осадок массой 9,6 г. Ко второй порции добавили избыток раствора сульфида натрия; образовался осадок массой 14 г. Вычислите массовые доли хлоридов в исходном растворе.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(смеси\ FeCl_2\ и\ MeCl_x) = 39,7\ г$

$m(H_2O) = 500\ г$

$m_{осадка1} = 9,6\ г$ (после реакции с $H_2S$)

$m_{осадка2} = 14\ г$ (после реакции с $Na_2S$)

Раствор разделен на две одинаковые порции.

Все данные представлены в единицах, не требующих перевода в систему СИ (граммы).

Найти:

$ω(FeCl_2)$ — ?

$ω(MeCl_x)$ — ?

Решение:

1. Общая масса исходного раствора равна сумме масс растворенных солей и воды:

$m_{раствора} = m(смеси) + m(H_2O) = 39,7\ г + 500\ г = 539,7\ г$

2. Раствор разделили на две одинаковые порции, поэтому масса смеси хлоридов в каждой порции составляет половину от исходной:

$m_{смеси\ в\ порции} = \frac{39,7\ г}{2} = 19,85\ г$

3. В первой порции реакция с избытком сероводорода ($H_2S$) приводит к образованию осадка. Сероводород, являясь слабой кислотой, в подкисленной среде осаждает только сульфиды малоактивных металлов (таких как $CuS$, $PbS$ и др.). Сульфид железа(II) $FeS$ в таких условиях не выпадает в осадок. Следовательно, образовавшийся осадок массой 9,6 г — это сульфид неизвестного металла. Предположим, что валентность металла равна II, тогда формула его сульфида $MeS$.

$m(MeS) = 9,6\ г$ (в одной порции)

4. Во второй порции к раствору добавили избыток сульфида натрия ($Na_2S$). $Na_2S$ является сильным осадителем и в реакцию вступают оба хлорида, образуя нерастворимые сульфиды:

$FeCl_2 + Na_2S \rightarrow FeS \downarrow + 2NaCl$

$MeCl_2 + Na_2S \rightarrow MeS \downarrow + 2NaCl$

Общая масса осадка во второй порции складывается из масс сульфида железа(II) и сульфида неизвестного металла:

$m_{осадка2} = m(FeS) + m(MeS) = 14\ г$

5. Поскольку порции были одинаковыми, масса $MeS$, образовавшегося во второй порции, равна массе $MeS$ из первой порции, то есть 9,6 г. Тогда можно найти массу $FeS$:

$m(FeS) = 14\ г - m(MeS) = 14\ г - 9,6\ г = 4,4\ г$

6. Теперь найдем массу хлорида железа(II) в одной порции, используя массу образовавшегося $FeS$.

Молярные массы: $M(FeS) = 56 + 32 = 88\ г/моль$; $M(FeCl_2) = 56 + 2 \cdot 35,5 = 127\ г/моль$.

Количество вещества $FeS$:

$n(FeS) = \frac{m(FeS)}{M(FeS)} = \frac{4,4\ г}{88\ г/моль} = 0,05\ моль$

По уравнению реакции, $n(FeCl_2) = n(FeS) = 0,05\ моль$.

Масса $FeCl_2$ в одной порции:

$m_{порция}(FeCl_2) = n(FeCl_2) \cdot M(FeCl_2) = 0,05\ моль \cdot 127\ г/моль = 6,35\ г$

7. Зная массу смеси в одной порции и массу $FeCl_2$ в ней, найдем массу хлорида неизвестного металла в одной порции:

$m_{порция}(MeCl_2) = m_{смеси\ в\ порции} - m_{порция}(FeCl_2) = 19,85\ г - 6,35\ г = 13,5\ г$

8. Определим неизвестный металл. В одной порции из 13,5 г $MeCl_2$ образуется 9,6 г $MeS$. Так как $n(MeCl_2) = n(MeS)$, можно составить пропорцию, где $M(Me)$ - молярная масса неизвестного металла:

$\frac{m(MeCl_2)}{M(MeCl_2)} = \frac{m(MeS)}{M(MeS)}$

$\frac{13,5}{M(Me) + 2 \cdot 35,5} = \frac{9,6}{M(Me) + 32}$

$13,5 \cdot (M(Me) + 32) = 9,6 \cdot (M(Me) + 71)$

$13,5 \cdot M(Me) + 432 = 9,6 \cdot M(Me) + 681,6$

$3,9 \cdot M(Me) = 249,6$

$M(Me) = \frac{249,6}{3,9} = 64\ г/моль$

Металл с молярной массой 64 г/моль — это медь ($\text{Cu}$). Следовательно, неизвестный хлорид — это хлорид меди(II), $CuCl_2$.

9. Вычислим массы хлоридов в исходной смеси (до разделения на порции), умножив массы в одной порции на 2:

$m(FeCl_2) = 6,35\ г \cdot 2 = 12,7\ г$

$m(CuCl_2) = 13,5\ г \cdot 2 = 27,0\ г$

10. Наконец, рассчитаем массовые доли хлоридов в исходном растворе:

$ω(FeCl_2) = \frac{m(FeCl_2)}{m_{раствора}} = \frac{12,7\ г}{539,7\ г} \approx 0,02353$

$ω(CuCl_2) = \frac{m(CuCl_2)}{m_{раствора}} = \frac{27,0\ г}{539,7\ г} \approx 0,05003$

Переведем в проценты и округлим до сотых: $ω(FeCl_2) \approx 2,35\%$; $ω(CuCl_2) \approx 5,00\%$.

Ответ: массовая доля хлорида железа(II) в исходном растворе составляет 2,35%, массовая доля хлорида меди(II) — 5,00%.