Дано:
- Масса медного купороса CuSO4 ∙ 5H2O = 40 г
- Масса цинка Zn = 36,5 г
- Масса 35%-го раствора гидроксида натрия = 320 г
- Концентрация раствора CuSO4 после растворения = 12%
Найти: массовую долю щелочи в конечном растворе.
Решение:
1. Масса меди в медном купоросе
Молекулярная масса CuSO4 ∙ 5H2O:
- M(CuSO4 ∙ 5H2O) = M(CuSO4) + 5M(H2O)
- M(CuSO4) = 63,5 (Cu) + 32 (S) + 4*16 (O) = 159,5 г/моль
- M(H2O) = 18 г/моль
- M(CuSO4 ∙ 5H2O) = 159,5 + 5 * 18 = 159,5 + 90 = 249,5 г/моль
Теперь найдем массу меди в 40 г медного купороса:
- Содержание меди в CuSO4 ∙ 5H2O: m(Cu) / m(CuSO4 ∙ 5H2O) = 63,5 / 249,5
- Масса меди в 40 г медного купороса: 40 г * (63,5 / 249,5) ≈ 10,2 г
2. Молекулы CuSO4 ∙ 5H2O и реакция с цинком
Молекулы меди реагируют с цинком по реакции:
CuSO4 + Zn → ZnSO4 + Cu
Из уравнения реакции видно, что на 1 моль CuSO4 требуется 1 моль Zn. Для реакции с 10,2 г меди (или 0,16 моль Cu) нужно 0,16 моль цинка, что составляет:
0,16 моль * 65,5 г/моль = 10,8 г цинка.
Так как в реакции участвует 36,5 г цинка, то все 36,5 г цинка прореагируют с меди. После реакции останется 36,5 г - 10,8 г = 25,7 г цинка в растворе.
3. Масса гидроксида натрия
В 320 г 35%-го раствора гидроксида натрия содержится:
320 г * 35% = 112 г NaOH.
4. Масса щелочи в конечном растворе
После реакции с медным купоросом добавляется 320 г 35%-го раствора гидроксида натрия, в котором содержится 112 г NaOH.
Масса конечного раствора будет:
- Масса медного купороса до реакции = 40 г
- Масса раствора NaOH = 320 г
- Масса цинка = 36,5 г
Общая масса конечного раствора = 40 г + 320 г = 360 г.
Массовая доля щелочи в конечном растворе:
Массовая доля NaOH = (112 г / 360 г) * 100% ≈ 31,1%
Ответ: массовая доля щелочи в конечном растворе составляет примерно 31,1%.