Question

В 20%-ный раствор соли, полученный при растворении в воде 25 г пятиводного сульфата меди (II), внесли порошок, полученный при спекании 2,16 г алюминия и 6,4 г оксида железа (III).  Определите массовую долю сульфата меди (II) в полученном растворе (процессами гидролиза пренебречь). В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Answer 1

При спекании алюминия с оксидом железа (III) более активный металл вытесняет менее активный из его оксида: 2Al + Fe2O3 → Al2O3 + 2Fe (I)
Вычислим количество вещества алюминия и оксида железа (III), вступающих в реакцию (I): νисх.(Al) = mисх.(Al)/M(Al) = 2,16 г /27 г/моль = 0,08 моль; νисх.(Fe2O3) = mисх.(Fe2O3)/M(Fe2O3) = 6,4 г/160 г/моль = 0,04 моль.
По уравнению реакции (I) ν(Al) = 2ν(Fe2O3) = 2ν(Al2O3) и по условию задачи количество вещества алюминия в два раза больше количества вещества оксида железа (III), следовательно, непрореагировавших веществ в реакции (I) не остается.
Количество вещества и масса образовавшего железа равны: ν(Fe) = 2νисх.(Fe2O3) = 2 • 0,04 моль = 0,08 моль; m(Fe) = ν(Fe) • M(Fe) = 0,08 моль • 56 г/моль = 4,48 г.
Для расчета в дальнейшем массы конечного раствора необходимо знать массу исходного раствора медного купороса: ν(CuSO4 • 5H2O) = m(CuSO4 • 5H2O)/M(CuSO4 • 5H2O) = 25 г /250 г/моль = 0,1 моль; ν(CuSO4 • 5H2O) = ν(CuSO4) = 0,1 моль, следовательно, m(CuSO4) = ν(CuSO4) • M(CuSO4) = 0,1 моль • 160 г/моль = 16 г; mисх.(р-ра CuSO4) = m(CuSO4)/ω(CuSO4) • 100% = 16 г/20% • 100% = 80 г.
С раствором медного купороса реагирует образовавшееся по реакции (I) железо: Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu (II)
По уравнению реакции (II) ν(Fe) = ν(CuSO4), а по условию задачи количество вещества железа (0,1 моль CuSO4 • 5H2O и 0,08 моль Fe), поэтому железо прореагировало полностью.
Вычислим количество вещества и массу непрореагировавшего сульфата меди (II): νост.(CuSO4) = νисх.(CuSO4) − νреаг.(CuSO4) = 0,1 моль – 0,08 моль = 0,02 моль; mост.(CuSO4) = νост.(CuSO4) • M(CuSO4) = 0,02 моль  • 160 г/моль = 3,2 г.
Для расчета массы конечного раствора необходимо вычислить массу образовавшейся меди: ν(Fe) = ν(Cu) = 0,08 моль и m(Cu) = ν(Cu) • M(Cu) = 0,08 моль • 64 г/моль = 5,12 г.
Массу полученного раствора вычисляем по формуле (образующееся по реакции (I) железо переходит в дальнейшем в раствор): m(р-ра) = mисх.(р-ра CuSO4) + m(Fe) − m(Cu) = 80 г + 4,48 г – 5,12 г = 79,36 г.
Массовая доля сульфата меди (II) в образовавшемся растворе: ω(CuSO4) = mост.(CuSO4)/m(р-ра) • 100% = 3,2 г/79,36 г • 100% = 4,03%.