Решение: Массовая доля соли в растворе
Медный купорос ($\mathrm{CuSO_4 \cdot 5H_2O}$) массой 25 г растворили в воде и получили раствор с массовой долей соли 10%. К этому раствору добавили 8,4 г железа и после завершения реакции ещё 100 г 9,8%-ного раствора серной кислоты. Определите массовую долю соли в полученном растворе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления, указывая единицы измерения искомых физических величин.
Решение по шагам
12 шаговМолярная масса медного купороса равна $250\ \text{г/моль}$, а молярная масса безводного $\mathrm{CuSO_4}$ — $160\ \text{г/моль}$. Поэтому масса безводной соли в 25 г кристаллогидрата:
$$m(\mathrm{CuSO_4})=25\cdot\frac{160}{250}=16\ \text{г}$$Количество вещества $\mathrm{CuSO_4}$:
$$n(\mathrm{CuSO_4})=\frac{16}{160}=0{,}100\ \text{моль}$$Масса исходного раствора с массовой долей соли 10%:
$$m_{\text{р-ра}}=\frac{25}{0{,}10}=250\ \text{г}$$Железо реагирует с сульфатом меди по уравнению:
$$\mathrm{Fe+CuSO_4\rightarrow FeSO_4+Cu}$$Количество вещества железа до первой реакции:
$$n(\mathrm{Fe})=\frac{8{,}4}{56}=0{,}150\ \text{моль}$$Сульфат меди находится в недостатке, поэтому прореагирует 0,100 моль железа, образуется 0,100 моль $\mathrm{FeSO_4}$, а в избытке останется:
$$n_{\text{ост}}(\mathrm{Fe})=0{,}150-0{,}100=0{,}050\ \text{моль}$$Уравнение реакции оставшегося железа с серной кислотой:
$$\mathrm{Fe+H_2SO_4\rightarrow FeSO_4+H_2\uparrow}$$В 100 г 9,8%-ного раствора содержится серная кислота массой и количеством вещества:
$$m(\mathrm{H_2SO_4})=100\cdot0{,}098=9{,}8\ \text{г};\quad n(\mathrm{H_2SO_4})=\frac{9{,}8}{98}=0{,}100\ \text{моль}$$Для реакции с 0,050 моль оставшегося железа достаточно 0,050 моль серной кислоты. Кислота имеется в избытке. Всего образуется 0,150 моль $\mathrm{FeSO_4}$:
$$n(\mathrm{FeSO_4})=0{,}100+0{,}050=0{,}150\ \text{моль}$$Масса образовавшегося сульфата железа(II):
$$m(\mathrm{FeSO_4})=0{,}150\cdot152=22{,}8\ \text{г}$$Масса конечного раствора равна сумме масс исходного раствора, железа и раствора серной кислоты за вычетом масс осевшей меди и выделившегося водорода:
$$m_{\text{кон. р-ра}}=250+8{,}4+100-0{,}100\cdot64-0{,}050\cdot2=351{,}9\ \text{г}$$Массовая доля соли в конечном растворе:
$$w(\mathrm{FeSO_4})=\frac{22{,}8}{351{,}9}\cdot100\%=6{,}48\%$$Массовая доля соли $\mathrm{FeSO_4}$ в полученном растворе равна $6{,}48\%$.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Используют массу 25 г как массу безводного $\mathrm{CuSO_4}$, не учитывая кристаллизационную воду.
Не учитывают избыток железа после реакции с $\mathrm{CuSO_4}$.
Не вычитают из массы раствора медь и водород.
Считают массовую долю соли по массе исходного раствора, а не по массе конечного раствора.