Шешімі: Массовая доля сульфата меди
При растворении 25 г медного купороса ($\mathrm{CuSO_4 \cdot 5H_2O}$) в воде был получен 20%-ный раствор соли. К этому раствору добавили измельчённую смесь, образовавшуюся в результате прокаливания порошка алюминия массой 2,16 г с оксидом железа(III) массой 6,4 г. Определите массовую долю сульфата меди(II) в полученном растворе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).
Шешім по шагам
11 қадамЗапишем уравнение термитной реакции:
$$2\mathrm{Al}+\mathrm{Fe_2O_3}\rightarrow\mathrm{Al_2O_3}+2\mathrm{Fe}$$Рассчитаем количества веществ исходных реагентов:
$$n(\mathrm{Al})=\frac{2{,}16\ \mathrm{г}}{27\ \mathrm{г/моль}}=0{,}08\ \mathrm{моль};\quad n(\mathrm{Fe_2O_3})=\frac{6{,}4\ \mathrm{г}}{160\ \mathrm{г/моль}}=0{,}04\ \mathrm{моль}$$По уравнению реакции для 0,04 моль оксида железа(III) требуется 0,08 моль алюминия. Следовательно, оба вещества прореагировали полностью, а количество образовавшегося железа равно:
$$n(\mathrm{Fe})=2n(\mathrm{Fe_2O_3})=2\cdot0{,}04=0{,}08\ \mathrm{моль}$$Найдём массу безводного сульфата меди(II), содержащегося в 25 г медного купороса:
$$M(\mathrm{CuSO_4})=160\ \mathrm{г/моль};\quad M(\mathrm{CuSO_4\cdot5H_2O})=250\ \mathrm{г/моль};\quad m(\mathrm{CuSO_4})=25\cdot\frac{160}{250}=16\ \mathrm{г}$$Так как раствор 20%-ный, его масса составляет:
$$m_{\text{р-ра}}=\frac{16\ \mathrm{г}}{0{,}20}=80\ \mathrm{г}$$Количество вещества сульфата меди(II) в исходном растворе:
$$n(\mathrm{CuSO_4})=\frac{16\ \mathrm{г}}{160\ \mathrm{г/моль}}=0{,}10\ \mathrm{моль}$$Железо реагирует с сульфатом меди(II):
$$\mathrm{Fe}+\mathrm{CuSO_4}\rightarrow\mathrm{FeSO_4}+\mathrm{Cu}$$Железо взято в количестве 0,08 моль, поэтому оно израсходует 0,08 моль сульфата меди(II). В растворе останется:
$$n_{\text{ост}}(\mathrm{CuSO_4})=0{,}10-0{,}08=0{,}02\ \mathrm{моль};\quad m_{\text{ост}}(\mathrm{CuSO_4})=0{,}02\cdot160=3{,}2\ \mathrm{г}$$При реакции в раствор переходит 0,08 моль железа, а 0,08 моль меди выпадает в осадок:
$$m(\mathrm{Fe})=0{,}08\cdot56=4{,}48\ \mathrm{г};\quad m(\mathrm{Cu})=0{,}08\cdot64=5{,}12\ \mathrm{г}$$Оксид алюминия остаётся в твёрдой фазе и в массу раствора не кіреді. Масса полученного раствора:
$$m_{\text{р-ра}}=80+4{,}48-5{,}12=79{,}36\ \mathrm{г}$$Массовая доля сульфата меди(II) в полученном растворе:
$$\omega(\mathrm{CuSO_4})=\frac{3{,}2}{79{,}36}\cdot100\%=4{,}03\%$$Массовая доля сульфата меди(II) в полученном растворе составляет $4{,}03\%$.
Бұл жауап талдау нәтижесінде алынды, бірақ банктің ресми кілтімен тексерілген жоқ — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Используют массу медного купороса 25 г как массу безводного сульфата меди(II), не учитывая кристаллизационную воду.
Не проверяют соотношение количеств алюминия и оксида железа(III) по уравнению термитной реакции.
Считают, что масса раствора увеличивается на массу всего добавленного твёрдого вещества.
Не вычитают массу выпавшей в осадок меди из массы раствора.
Включают оксид алюминия и медь в массу полученного раствора, хотя они находятся в твёрдой фазе.