Номер 9, страница 372 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 8. Металлы. Параграф 51. Металлы 1Б-группы: медь и серебро - номер 9, страница 372.

Условие.

9. В 250 мл раствора сульфата меди(II) опустили железную пластину массой 20 г. Через некоторое время масса пластины увеличилась на 5 %. Найдите массу выделившейся меди и молярную концентрацию полученного в результате реакции раствора сульфата железа(II).

Решение.

Решение 2.

Дано:

$V_{р-ра}(CuSO_4) = 250 \text{ мл}$
$m_{нач}(пластины) = 20 \text{ г}$
Увеличение массы пластины = 5%

В системе СИ:
$V_{р-ра}(CuSO_4) = 250 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3 = 2.5 \cdot 10^{-4} \text{ м}^3$
$m_{нач}(пластины) = 20 \cdot 10^{-3} \text{ кг} = 0.02 \text{ кг}$

Найти:

$m(Cu) - ?$
$C_M(FeSO_4) - ?$

Решение:

При погружении железной пластины в раствор сульфата меди(II) происходит реакция замещения, в ходе которой железо вытесняет медь из соли:

$Fe_{(тв)} + CuSO_{4(р-р)} \rightarrow FeSO_{4(р-р)} + Cu_{(тв)}$

Масса пластины изменяется, потому что на каждый моль растворившегося железа ($\text{Fe}$) на пластине осаждается один моль меди ($\text{Cu}$).

Найдем молярные массы железа и меди, используя периодическую таблицу:

$M(Fe) \approx 56 \text{ г/моль}$

$M(Cu) \approx 64 \text{ г/моль}$

Поскольку молярная масса меди больше молярной массы железа, масса пластины будет увеличиваться.

1. Найдем абсолютное увеличение массы пластины:

$\Delta m = m_{нач}(пластины) \cdot \frac{5\%}{100\%} = 20 \text{ г} \cdot 0.05 = 1 \text{ г}$

2. Пусть в реакцию вступило $\text{x}$ моль железа. Тогда, согласно уравнению реакции, выделилось также $\text{x}$ моль меди.
Масса растворившегося железа: $m(Fe)_{раств} = n(Fe) \cdot M(Fe) = 56x \text{ г}$.
Масса выделившейся меди: $m(Cu)_{выдел} = n(Cu) \cdot M(Cu) = 64x \text{ г}$.

Увеличение массы пластины равно разности масс выделившейся меди и растворившегося железа:

$\Delta m = m(Cu)_{выдел} - m(Fe)_{раств}$

$1 \text{ г} = 64x - 56x$

$1 = 8x$

Отсюда находим количество вещества $\text{x}$:

$x = \frac{1}{8} = 0.125 \text{ моль}$

Таким образом, в реакцию вступило 0.125 моль железа, и выделилось 0.125 моль меди.

массу выделившейся меди

Масса выделившейся меди рассчитывается по формуле: $m = n \cdot M$.

$m(Cu) = 0.125 \text{ моль} \cdot 64 \text{ г/моль} = 8 \text{ г}$

Ответ: 8 г.

молярную концентрацию полученного в результате реакции раствора сульфата железа(II)

Согласно уравнению реакции, количество вещества образовавшегося сульфата железа(II) равно количеству вещества прореагировавшего железа:

$n(FeSO_4) = n(Fe) = x = 0.125 \text{ моль}$

Объем раствора по условию составляет $V = 250 \text{ мл} = 0.25 \text{ л}$. Предполагаем, что объем раствора в ходе реакции не изменился.

Молярная концентрация ($C_M$) находится по формуле: $C_M = \frac{n}{V}$.

$C_M(FeSO_4) = \frac{n(FeSO_4)}{V_{р-ра}} = \frac{0.125 \text{ моль}}{0.25 \text{ л}} = 0.5 \text{ моль/л}$

Ответ: 0,5 моль/л.