Дано:
m(сплав) = 15 г
V(газ) = 1,68 л (н. у.)
M(Fe) = 56 г/моль
M(Cu) = 64 г/моль
M(H2) = 2 г/моль
Найти:
1. Состав сплава в массовых процентах.
2. Масса концентрированной 90%-й серной кислоты для реакции с этим сплавом.
Решение:
1. Определим количество вещества водорода, выделившегося в реакции:
Объем газа при нормальных условиях (н. у.) равен 22,4 л на 1 моль.
n(H2) = V(газ) / 22,4 = 1,68 л / 22,4 л/моль = 0,075 моль
2. Составим уравнения для вещества железа и меди:
Пусть масса железа в сплаве равна m(Fe), масса меди — m(Cu). Из уравнений реакции:
Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2
Cu + H2SO4 → CuSO4 + H2
Количество вещества водорода, выделившегося из железа и меди, одинаково. Это значит, что:
n(Fe) = n(H2) = 0,075 моль
n(Cu) = n(H2) = 0,075 моль
Масса металлов в реакции:
m(Fe) = n(Fe) * M(Fe) = 0,075 моль * 56 г/моль = 4,2 г
m(Cu) = n(Cu) * M(Cu) = 0,075 моль * 64 г/моль = 4,8 г
3. Проверим массу сплава:
m(Fe) + m(Cu) = 4,2 г + 4,8 г = 9 г
Таким образом, масса сплава составляет 15 г.
Состав сплава:
- Масса железа: m(Fe) = 4,2 г
- Масса меди: m(Cu) = 4,8 г
Процентное содержание железа:
(4,2 г / 15 г) * 100% = 28%
Процентное содержание меди:
(4,8 г / 15 г) * 100% = 32%
4. Масса концентрированной серной кислоты:
Для реакции требуется 1 моль H2 для 1 моля металла. С учетом того, что на каждый моль водорода нужно 1 моль H2SO4, определим, сколько моль H2SO4 потребуется:
n(H2SO4) = n(H2) = 0,075 моль
Молекулярная масса серной кислоты: M(H2SO4) = 98 г/моль
Масса серной кислоты:
m(H2SO4) = n(H2SO4) * M(H2SO4) = 0,075 моль * 98 г/моль = 7,35 г
Масса концентрированной 90%-й серной кислоты:
m(конц. H2SO4) = m(H2SO4) / 0,9 = 7,35 г / 0,9 = 8,17 г
Ответ:
1. Состав сплава: 28% железа и 32% меди.
2. Масса 90%-й серной кислоты, необходимой для реакции: 8,17 г.