При пропускании водорода над оксидом меди (II) восстанавливается медь: CuO + H2 → Cu + H2O (нагревание) (I)
Твердый остаток, состоящий из металлической меди и непрореагировавшего оксида меди (II), реагирует с концентрированной серной кислотой согласно уравнениям: Cu + 2H2SO4(конц.) → CuSO4 + SO2↑ + 2H2O (II) CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O (III)
Вычислим количество вещества водорода, участвовавшего в восстановлении оксида меди (II): ν(H2) = V(H2)/Vm = 6,72 л/22,4 л/моль = 0,3 моль, ν(H2) = ν(Cu) = 0,3 моль, следовательно, m(Cu) = 0,3 моль • 64 г/моль = 19,2 г.
Вычислим массу непрореагировавшего CuO, зная массу твердого остатка: m(CuO) = m(тв. ост.) – m(Cu) = 20,8 г – 19,2 г = 1,6 г.
Вычислим количество вещества оксида меди (II): ν(CuO) = m(CuO)/M(CuO) = 1,6 г/80 г/моль = 0,02 моль.
Согласно уравнению (I) ν(Cu) = νI(CuSO4), согласно уравнению (II) ν(CuO) = νII(CuSO4), следовательно, νобщ.(CuSO4) = νII(CuSO4) + νIII(CuSO4) = 0,3 моль + 0,02 моль = 0,32 моль.
Вычислим общую массу сульфата меди (II): mобщ.(CuSO4) = νобщ.(CuSO4) • M(CuSO4) = 0,32 моль • 160 г/моль = 51,2 г.
Для того чтобы вычислить массу образовавшегося раствора, необходимо учесть массу диоксида серы, выделяющегося в реакции (II): ν(Cu) = ν(SO2), следовательно, ν(SO2) = 0,3 моль и m(SO2) = ν(SO2) • M(SO2) = 0,3 моль • 64 г/моль = 19,2 г.
Вычислим массу образовавшегося раствора: m(р-ра) = m(тв. ост.) + m(р-ра H2SO4) – m(SO2) = 20,8 г + 200 г – 19,2 г = 201,6 г.
Массовая доля сульфата меди (II) в образовавшемся растворе равна: ω(CuSO4) = m(CuSO4)/m(р-ра) • 100% = 51,2 г/201,6 г • 100% = 25,4%.