Решение: Массовая доля сульфата натрия
К $117{,}6$ г $25\%$-ного раствора серной кислоты добавили $16$ г оксида железа(III). После окончания реакции в раствор внесли $12{,}6$ г сульфита натрия. Вычислите массовую долю сульфата натрия в конечном растворе. В условиях, при которых были проведены реакции, растворимость сульфата железа(II) составляет $29{,}5$ г на $100$ г воды, сульфата железа(III) — $440$ г на $100$ г воды, растворимость сульфата натрия — $28$ г на $100$ г воды. Возможным образованием кислых солей и процессами гидролиза пренебречь.
Запишите уравнения реакций, указанных в условии, и приведите все необходимые вычисления с единицами измерения и обозначениями искомых физических величин.
Решение по шагам
12 шаговНайдём массу серной кислоты и воды в исходном растворе:
$$m(\mathrm{H_2SO_4})=117{,}6\cdot0{,}25=29{,}4\ \text{г};\quad m(\mathrm{H_2O})=117{,}6-29{,}4=88{,}2\ \text{г}$$Рассчитаем количества вещества серной кислоты и оксида железа(III):
$$n(\mathrm{H_2SO_4})=\frac{29{,}4}{98}=0{,}3\ \text{моль};\quad n(\mathrm{Fe_2O_3})=\frac{16}{160}=0{,}1\ \text{моль}$$Серная кислота и оксид железа(III) реагируют в соответствии с уравнением:
$$\mathrm{Fe_2O_3+3H_2SO_4\rightarrow Fe_2(SO_4)_3+3H_2O}$$Количество серной кислоты точно соответствует стехиометрическому количеству для реакции с $0{,}1$ моль $\mathrm{Fe_2O_3}$. Образуется $0{,}1$ моль $\mathrm{Fe_2(SO_4)_3}$.
Количество сульфита натрия равно:
$$n(\mathrm{Na_2SO_3})=\frac{12{,}6}{126}=0{,}1\ \text{моль}$$Сульфит натрия восстанавливает железо(III) до железа(II):
$$\mathrm{Fe_2(SO_4)_3+Na_2SO_3+H_2O\rightarrow2FeSO_4+Na_2SO_4+H_2SO_4}$$По уравнению реакции образуются $0{,}2$ моль $\mathrm{FeSO_4}$ и $0{,}1$ моль $\mathrm{Na_2SO_4}$:
$$m(\mathrm{FeSO_4})=0{,}2\cdot152=30{,}4\ \text{г};\quad m(\mathrm{Na_2SO_4})=0{,}1\cdot142=14{,}2\ \text{г}$$Максимальная масса сульфата железа(II), растворяющаяся в $88{,}2$ г воды, составляет:
$$m_{\text{раств.}}(\mathrm{FeSO_4})=\frac{29{,}5\cdot88{,}2}{100}=26{,}019\ \text{г}$$В осадок выпадает:
$$m_{\text{осадка}}(\mathrm{FeSO_4})=30{,}4-26{,}019=4{,}381\ \text{г}$$Сульфат натрия полностью остаётся в растворе, так как его масса не превышает предельную растворимость:
$$m_{\max}(\mathrm{Na_2SO_4})=\frac{28\cdot88{,}2}{100}=24{,}696\ \text{г}>14{,}2\ \text{г}$$Масса конечного раствора равна массе исходных веществ за вычетом массы осадка сульфата железа(II):
$$m_{\text{р-ра}}=117{,}6+16+12{,}6-4{,}381=141{,}819\ \text{г}$$Вычислим массовую долю сульфата натрия в конечном растворе:
$$w(\mathrm{Na_2SO_4})=\frac{14{,}2}{141{,}819}\cdot100\%\approx10{,}0\%$$Массовая доля сульфата натрия в конечном растворе составляет $10{,}0\%$.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Не учитывать выпадение части сульфата железа(II) в осадок.
Включать массу осадка сульфата железа(II) в массу конечного раствора.
Неверно составлять уравнение реакции сульфата железа(III) с сульфитом натрия.
Считать, что сульфат натрия выпадает в осадок, хотя его масса меньше предельной растворимости.