Решение: Массовая доля соли в растворе
Смесь меди и оксида меди(II), в которой массовая доля атомов меди равна 96%, растворили в 472 г концентрированной серной кислоты, взятой в избытке. Минимальная масса 10%-ного раствора гидроксида натрия, который может прореагировать с выделившимся при этом газом, составляет 200 г. Вычислите массовую долю соли в растворе, образовавшемся после растворения исходной смеси в кислоте.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления, указывая единицы измерения искомых физических величин.
Решение по шагам
14 шаговМедь реагирует с концентрированной серной кислотой с выделением диоксида серы:
$$\mathrm{Cu + 2H_2SO_4(conc.) \rightarrow CuSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O}$$Оксид меди(II) реагирует с серной кислотой без выделения газа:
$$\mathrm{CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O}$$Масса гидроксида натрия в растворе равна:
$$m(\mathrm{NaOH}) = 200\ \mathrm{г} \cdot 0{,}10 = 20\ \mathrm{г}$$Количество вещества гидроксида натрия:
$$n(\mathrm{NaOH}) = \frac{20\ \mathrm{г}}{40\ \mathrm{г/моль}} = 0{,}5\ \mathrm{моль}$$Диоксид серы реагирует с гидроксидом натрия в соотношении 1:2:
$$\mathrm{SO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_3 + H_2O}$$Количество выделившегося диоксида серы и, следовательно, количество меди в исходной смеси:
$$n(\mathrm{SO_2}) = \frac{0{,}5}{2} = 0{,}25\ \mathrm{моль};\quad n(\mathrm{Cu}) = 0{,}25\ \mathrm{моль}$$Пусть $n(\mathrm{CuO}) = y$ моль. По условию массовая доля атомов меди в смеси равна 96%:
$$\frac{64\cdot0{,}25 + 64y}{64\cdot0{,}25 + 80y} = 0{,}96$$Решая уравнение, получаем:
$$16 + 64y = 0{,}96(16 + 80y);\quad y = 0{,}05\ \mathrm{моль}$$Количество вещества сульфата меди(II) равно сумме количеств меди и оксида меди(II), так как в каждой реакции образуется по одному молю $\mathrm{CuSO_4}$:
$$n(\mathrm{CuSO_4}) = 0{,}25 + 0{,}05 = 0{,}30\ \mathrm{моль}$$Масса соли в образовавшемся растворе:
$$m(\mathrm{CuSO_4}) = 0{,}30\ \mathrm{моль} \cdot 160\ \mathrm{г/моль} = 48\ \mathrm{г}$$Масса исходной смеси:
$$m(\text{смеси}) = 0{,}25\cdot64 + 0{,}05\cdot80 = 20\ \mathrm{г}$$Масса выделившегося диоксида серы:
$$m(\mathrm{SO_2}) = 0{,}25\ \mathrm{моль} \cdot 64\ \mathrm{г/моль} = 16\ \mathrm{г}$$Так как серная кислота взята в избытке, масса раствора после реакции равна массе исходных веществ за вычетом массы выделившегося газа:
$$m(\text{раствора}) = 472 + 20 - 16 = 476\ \mathrm{г}$$Массовая доля сульфата меди(II) в растворе:
$$\omega(\mathrm{CuSO_4}) = \frac{48\ \mathrm{г}}{476\ \mathrm{г}}\cdot100\% \approx 10{,}1\%$$Массовая доля соли $\mathrm{CuSO_4}$ в образовавшемся растворе равна $10{,}1\%$.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Не учитывают, что газ выделяется только при реакции меди с концентрированной серной кислотой.
Используют массу всего 10%-ного раствора гидроксида натрия вместо массы растворённого $\mathrm{NaOH}$.
Забывают вычесть массу выделившегося $\mathrm{SO_2}$ при вычислении массы конечного раствора.
Считают, что оксид меди(II) образует газ при взаимодействии с серной кислотой.