Question

В результате растворения смеси порошков меди и оксида меди (II) в концентрированной серной кислоте выделился сернистый газ объемом 8,96 л и образовался раствор массой 400 г с массовой долей сульфата меди (II) 20%.  Вычислите массовую долю оксида меди (II) в исходной смеси. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Answer 1

При взаимодействии меди и оксида меди (II) с концентрированной серной кислотой протекают следующие реакции: Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2O (I) CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O (II)
Вычислим массу и количество вещества сульфата меди (II): m(CuSO4) = m(CuSO4) • ω(CuSO4) = 400 г • 0,2 = 80 г; ν(CuSO4) = m(CuSO4)/M(CuSO4) = 80 г /160 г/моль = 0,5 моль.
Вычислим количество вещества сернистого газа: ν(SO2) = V(SO2)/Vm = 8,96 л/22,4 л/моль = 0,4 моль.
По уравнению реакции (I) ν(Cu) = ν(SO2) = νI(CuSO4), следовательно, ν(Cu) = νI(CuSO4) = 0,4 моль.
Поскольку νобщ.(CuSO4) = νI(CuSO4) + νII(CuSO4), то νII(CuSO4) = νобщ.(CuSO4) − νI(CuSO4) = 0,5 моль – 0,4 моль = 0,1 моль.
По уравнению реакции (II) νII(CuSO4) = ν(CuO), следовательно, ν(CuO) = 0,1 моль.
Вычислим массы меди и оксида меди (II): m(Cu) = M(Cu) ∙ ν(Cu) = 64 г/моль  ∙ 0,4 моль = 25,6 г; m(CuO) = M(CuO) ∙ ν(CuO) = 80 г/моль  ∙ 0,1 моль = 8 г.
Общая смеси, состоящая из меди и оксида меди (II), равна: m(смеси) = m(CuO) + m(Cu) = 25,6 г + 8 г = 33,6 г.
Вычислим массовую долю оксида меди (II): ω(CuO) = m(CuO)/m(смеси) ∙ 100% = 8 г/33,6 г  ∙ 100% = 23,81%.