Номер 1, страница 115, часть 2 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

1. В 200г 8%-ного раствора сульфата меди поместили железный гвоздь массой 10 г. Как изменится масса железного гвоздя после реакции?

Ответ: 10,8 г.

1. Дано:

$m(р-ра~CuSO_4) = 200~г$

$\omega(CuSO_4) = 8\% = 0.08$

$m_{нач}(гвоздя) = 10~г$

Найти:

$m_{кон}(гвоздя) - ?$

Решение:

При помещении железного гвоздя в раствор сульфата меди(II) происходит реакция замещения, так как железо является более активным металлом, чем медь, и вытесняет ее из раствора соли. Уравнение реакции:

$Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu$

В ходе реакции часть железа с гвоздя переходит в раствор, а на гвозде оседает медь. Чтобы определить, как изменится масса гвоздя, нужно рассчитать массу прореагировавшего железа и массу выделившейся меди.

1. Найдем массу сульфата меди(II) в исходном растворе:

$m(CuSO_4) = m(р-ра) \cdot \omega(CuSO_4) = 200~г \cdot 0.08 = 16~г$

2. Рассчитаем молярные массы веществ, участвующих в расчетах:

$M(Fe) = 56~г/моль$

$M(Cu) = 64~г/моль$

$M(CuSO_4) = 64 + 32 + 4 \cdot 16 = 160~г/моль$

3. Найдем количество вещества ($\text{n}$) исходных реагентов, чтобы определить, который из них находится в избытке, а который в недостатке.

$n(CuSO_4) = \frac{m(CuSO_4)}{M(CuSO_4)} = \frac{16~г}{160~г/моль} = 0.1~моль$

$n(Fe) = \frac{m(Fe)}{M(Fe)} = \frac{10~г}{56~г/моль} \approx 0.1786~моль$

4. Согласно уравнению реакции, железо и сульфат меди реагируют в соотношении 1:1. Так как $n(CuSO_4) < n(Fe)$ ($0.1 < 0.1786$), сульфат меди является лимитирующим реагентом и прореагирует полностью, а железо находится в избытке. Дальнейшие расчеты ведем по недостатку, то есть по $CuSO_4$.

5. Из уравнения реакции следует, что количество вещества прореагировавшего железа и образовавшейся меди равно количеству вещества прореагировавшего сульфата меди:

$n_{реаг}(Fe) = n_{обр}(Cu) = n(CuSO_4) = 0.1~моль$

6. Найдем массу прореагировавшего железа (масса, на которую гвоздь стал легче):

$m_{реаг}(Fe) = n_{реаг}(Fe) \cdot M(Fe) = 0.1~моль \cdot 56~г/моль = 5.6~г$

7. Найдем массу образовавшейся меди (масса, на которую гвоздь стал тяжелее):

$m_{обр}(Cu) = n_{обр}(Cu) \cdot M(Cu) = 0.1~моль \cdot 64~г/моль = 6.4~г$

8. Теперь вычислим конечную массу гвоздя. Она равна начальной массе минус масса растворившегося железа плюс масса осевшей меди:

$m_{кон}(гвоздя) = m_{нач}(гвоздя) - m_{реаг}(Fe) + m_{обр}(Cu)$

$m_{кон}(гвоздя) = 10~г - 5.6~г + 6.4~г = 10.8~г$

Таким образом, масса гвоздя увеличится.

Ответ: Масса железного гвоздя после реакции составит 10,8 г.