Решение: Массовая доля хлороводорода
К 20%-ному раствору соли, полученному при растворении в воде 50 г медного купороса ($\mathrm{CuSO_4\cdot5H_2O}$), добавили 14,4 г магния. После завершения реакции к полученной смеси прибавили 146 г 25%-ного раствора хлороводородной кислоты. Определите массовую долю хлороводорода в образовавшемся растворе. Процессами гидролиза пренебречь.
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 шаговЗапишем уравнения реакций, происходящих в условии:
$$\mathrm{Mg + CuSO_4 \rightarrow MgSO_4 + Cu}$$После добавления соляной кислоты оставшийся магний реагирует с хлороводородом:
$$\mathrm{Mg + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2\uparrow}$$Молярная масса медного купороса равна $M(\mathrm{CuSO_4\cdot5H_2O})=250\ \text{г/моль}$. Количество вещества кристаллогидрата и, следовательно, сульфата меди:
$$n(\mathrm{CuSO_4})=\frac{50\ \text{г}}{250\ \text{г/моль}}=0{,}20\ \text{моль}$$Количество вещества магния:
$$n(\mathrm{Mg})=\frac{14{,}4\ \text{г}}{24\ \text{г/моль}}=0{,}60\ \text{моль}$$По уравнению первой реакции магний и сульфат меди реагируют в соотношении $1:1$. Поэтому на реакцию расходуется $0{,}20\ \text{моль}$ магния, а в смеси остаётся:
$$n(\mathrm{Mg,\ остаток})=0{,}60-0{,}20=0{,}40\ \text{моль}$$Масса хлороводорода в растворе соляной кислоты и его количество вещества равны:
$$m(\mathrm{HCl})=146\cdot0{,}25=36{,}5\ \text{г};\quad n(\mathrm{HCl})=\frac{36{,}5}{36{,}5}=1{,}00\ \text{моль}$$Для реакции с $0{,}40\ \text{моль}$ магния требуется $0{,}80\ \text{моль}$ хлороводорода. Следовательно, магний полностью расходуется, а хлороводород остаётся в избытке:
$$n(\mathrm{HCl,\ остаток})=1{,}00-2\cdot0{,}40=0{,}20\ \text{моль}$$Масса оставшегося хлороводорода:
$$m(\mathrm{HCl,\ остаток})=0{,}20\cdot36{,}5=7{,}3\ \text{г}$$Вычислим массу образовавшегося раствора. Изначально масса раствора медного купороса равна:
$$m_1=\frac{50}{0{,}20}=250\ \text{г}$$При взаимодействии магния с сульфатом меди выделяется медь: $m(\mathrm{Cu})=0{,}20\cdot64=12{,}8\ \text{г}$. При взаимодействии оставшегося магния с кислотой выделяется водород: $n(\mathrm{H_2})=0{,}40\ \text{моль}$, поэтому $m(\mathrm{H_2})=0{,}40\cdot2=0{,}8\ \text{г}$.
Масса конечного раствора равна сумме масс исходных растворов и добавленного магния за вычетом масс осадившейся меди и выделившегося водорода:
$$m_{\text{р-ра}}=250+14{,}4+146-12{,}8-0{,}8=396{,}8\ \text{г}$$Массовая доля хлороводорода в конечном растворе:
$$\omega(\mathrm{HCl})=\frac{7{,}3}{396{,}8}\cdot100\%=1{,}84\%$$Массовая доля хлороводорода в образовавшемся растворе равна $1{,}84\%$.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Считать, что вся соляная кислота расходуется, не учитывая избыток HCl.
Не учитывать, что после реакции магния с сульфатом меди часть магния остаётся.
При расчёте массы конечного раствора не вычитать массы выделившихся меди и водорода.
Использовать массу 50 г как массу раствора, хотя 50 г — это масса медного купороса.