Номер 1299, страница 200 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1299. Какая максимальная масса серы прореагирует со смесью меди и алюминия общей массой 25 г, в которой массовая доля меди равна 44,2 %?

Дано:

$m(смеси \, Cu+Al) = 25 \, г$

$\omega(Cu) = 44,2 \, \% = 0,442$

Найти:

$m(S)$ - ?

Решение:

1. Определение масс меди и алюминия в смеси

Масса меди ($Cu$) в смеси составляет:

$m(Cu) = m(смеси) \cdot \omega(Cu) = 25 \, г \cdot 0,442 = 11,05 \, г$

Масса алюминия ($Al$) в смеси равна разности общей массы смеси и массы меди:

$m(Al) = m(смеси) - m(Cu) = 25 \, г - 11,05 \, г = 13,95 \, г$

2. Уравнения химических реакций и расчет необходимого количества серы

Для нахождения максимальной массы серы, которая может прореагировать, необходимо предположить, что оба металла вступают в реакцию полностью, образуя соответствующие сульфиды. Сера реагирует с медью и алюминием согласно следующим уравнениям:

Реакция с алюминием:

$2Al + 3S \rightarrow Al_2S_3$

Реакция с медью. Медь может образовывать сульфид меди(I) ($Cu_2S$) и сульфид меди(II) ($CuS$). Для того чтобы прореагировала максимальная масса серы, необходимо рассмотреть реакцию, в которой на 1 моль металла расходуется больше серы. Это реакция образования сульфида меди(II):

$Cu + S \rightarrow CuS$

Воспользуемся молярными массами элементов: $M(Cu) \approx 64 \, г/моль$, $M(Al) = 27 \, г/моль$, $M(S) = 32 \, г/моль$.

3. Расчет массы серы для реакции с каждым металлом

Рассчитаем массу серы ($m_1(S)$), необходимую для реакции с алюминием. Составим пропорцию на основе уравнения реакции $2Al + 3S \rightarrow Al_2S_3$:

$\frac{m(Al)}{2 \cdot M(Al)} = \frac{m_1(S)}{3 \cdot M(S)}$

$\frac{13,95 \, г}{2 \cdot 27 \, г/моль} = \frac{m_1(S)}{3 \cdot 32 \, г/моль}$

$m_1(S) = \frac{13,95 \, г \cdot 3 \cdot 32 \, г/моль}{2 \cdot 27 \, г/моль} = \frac{1339,2}{54} \, г = 24,8 \, г$

Рассчитаем массу серы ($m_2(S)$), необходимую для реакции с медью, по уравнению $Cu + S \rightarrow CuS$:

$\frac{m(Cu)}{M(Cu)} = \frac{m_2(S)}{M(S)}$

$\frac{11,05 \, г}{64 \, г/моль} = \frac{m_2(S)}{32 \, г/моль}$

$m_2(S) = \frac{11,05 \, г \cdot 32 \, г/моль}{64 \, г/моль} = \frac{11,05}{2} \, г = 5,525 \, г$

4. Расчет общей максимальной массы серы

Максимальная масса серы, которая может прореагировать со смесью, равна сумме масс серы, необходимых для реакции с каждым из металлов:

$m(S) = m_1(S) + m_2(S) = 24,8 \, г + 5,525 \, г = 30,325 \, г$

Ответ: максимальная масса серы, которая прореагирует со смесью, составляет 30,325 г.