Дано:
- масса сульфида меди CuS m_CuS = 2,40 г
- масса раствора с серной кислотой m_раствор = 12,25 г
- массовая доля серной кислоты w_H2SO4 = 20,2 %
- масса осадка кристаллогидрата CuSO4 · 5H2O m_CuSO4·5H2O = 2,54 г
Найти:
- растворимость сульфата меди (в г вещества на 100 г воды)
Решение:
1. Рассчитаем количество серной кислоты в растворе:
m_H2SO4 = (w_H2SO4 / 100) * m_раствор
m_H2SO4 = (20,2 / 100) * 12,25 г ≈ 2,47 г
2. Найдём количество вещества серной кислоты:
Молярная масса H2SO4 M_H2SO4 = 98,08 г/моль
n_H2SO4 = m_H2SO4 / M_H2SO4
n_H2SO4 = 2,47 г / 98,08 г/моль ≈ 0,0252 моль
3. Теперь определим количество вещества сульфата меди, который образуется при обжиге CuS:
Уравнение реакции обжига:
2 CuS + 3 O2 → 2 Cu + 2 SO2
Cu + H2SO4 → CuSO4 + H2
Из уравнения видно, что 2 моль CuS дают 2 моль Cu и 2 моль SO2, которые затем реагируют с H2SO4 для образования CuSO4.
Количество вещества CuS, которое реагирует:
n_CuS = m_CuS / M_CuS
где M_CuS = 63,55 (Cu) + 32,07 (S) = 95,62 г/моль
n_CuS = 2,40 г / 95,62 г/моль ≈ 0,0251 моль
С учетом стехиометрии, количество вещества CuSO4 будет равным количеству CuS, т.е. n_CuSO4 = n_CuS ≈ 0,0251 моль.
4. Теперь найдем массу CuSO4, которая образовалась:
Молярная масса CuSO4 M_CuSO4 = 63,55 (Cu) + 32,07 (S) + 16 * 4 (O) = 159,61 г/моль
m_CuSO4 = n_CuSO4 * M_CuSO4
m_CuSO4 ≈ 0,0251 моль * 159,61 г/моль ≈ 4,01 г
5. Теперь можно определить, сколько CuSO4 осталось после образования кристаллогидрата:
Общая масса CuSO4, которая могла быть в растворе до выпада кристаллогидрата:
m_total_CuSO4 = m_CuSO4 + m_CuSO4·5H2O
m_total_CuSO4 = 4,01 г + 2,54 г = 6,55 г
Вес воды в растворе:
m_воды = m_раствор - m_H2SO4
m_воды = 12,25 г - 2,47 г ≈ 9,78 г
6. Рассчитаем растворимость сульфата меди в воде:
Растворимость = (m_total_CuSO4 / m_воды) * 100
Растворимость = (6,55 г / 9,78 г) * 100 ≈ 66,8 г/100 г воды
Ответ:
Растворимость сульфата меди в воде при 22 °С составляет приблизительно 66,8 г/100 г воды.