Номер 3.47, страница 59, часть II - гдз по химии 8-9 класс задачник с помощником Гара, Габрусева

3.47. Вычислите массу и количество вещества меди, которая может полностью «раствориться» в 10 г 98%-ной серной кислоты.

Дано:

$m_{р-ра}(H_2SO_4) = 10 \text{ г}$
$\omega(H_2SO_4) = 98\% = 0.98$

Все данные представлены в единицах, удобных для расчетов, и не требуют перевода в СИ.

Найти:

$m(Cu) - ?$
$n(Cu) - ?$

Решение:

1. Сначала запишем уравнение реакции. Медь является металлом, стоящим в электрохимическом ряду напряжений после водорода, и поэтому не реагирует с разбавленными кислотами (кроме азотной). Однако с концентрированной серной кислотой медь реагирует, так как кислота выступает в роли сильного окислителя. Происходит окислительно-восстановительная реакция, которая обычно требует нагревания:

$Cu + 2H_2SO_4(\text{конц.}) \rightarrow CuSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O$

2. Рассчитаем массу чистой серной кислоты ($H_2SO_4$), содержащейся в 10 г ее 98%-ного раствора, по формуле:

$m(\text{вещества}) = m(\text{раствора}) \cdot \omega(\text{вещества})$

$m(H_2SO_4) = 10 \text{ г} \cdot 0.98 = 9.8 \text{ г}$

3. Теперь найдем количество вещества серной кислоты ($n$), зная ее массу и молярную массу. Молярная масса серной кислоты $M(H_2SO_4)$ рассчитывается на основе атомных масс элементов (H ≈ 1, S ≈ 32, O ≈ 16):

$M(H_2SO_4) = 2 \cdot 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 98 \text{ г/моль}$

Количество вещества серной кислоты равно:

$n(H_2SO_4) = \frac{m(H_2SO_4)}{M(H_2SO_4)} = \frac{9.8 \text{ г}}{98 \text{ г/моль}} = 0.1 \text{ моль}$

4. Используя уравнение реакции, найдем количество вещества меди ($n(Cu)$), которое может полностью прореагировать. Согласно стехиометрическим коэффициентам в уравнении, на 1 моль меди расходуется 2 моль серной кислоты. Следовательно, соотношение количеств веществ равно:

$\frac{n(Cu)}{1} = \frac{n(H_2SO_4)}{2}$

Отсюда находим количество вещества меди:

$n(Cu) = \frac{n(H_2SO_4)}{2} = \frac{0.1 \text{ моль}}{2} = 0.05 \text{ моль}$

Это и есть первая искомая величина.

5. Наконец, вычислим массу меди, зная ее количество вещества и молярную массу. Молярная масса меди $M(Cu) \approx 64 \text{ г/моль}$.

$m(Cu) = n(Cu) \cdot M(Cu)$

$m(Cu) = 0.05 \text{ моль} \cdot 64 \text{ г/моль} = 3.2 \text{ г}$

Это вторая искомая величина.

Ответ: масса меди, которая может полностью прореагировать, составляет 3.2 г, а ее количество вещества — 0.05 моль.