Номер 490, страница 75 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

490. Сульфид калия массой 12,3 г обработали раствором массой 80 г с массовой долей $HCl$ 12,0 %. Выделившийся сероводород $H_2S$ пропустили через избыток водного раствора сульфата меди(II). Рассчитайте массу образовавшегося осадка.

Дано:

$m(K_2S) = 12,3 \text{ г}$

$m(\text{р-ра } HCl) = 80 \text{ г}$

$\omega(HCl) = 12,0 \% = 0,12$

$CuSO_4$ - в избытке

Найти:

$m(\text{осадка}) - ?$

Решение:

Процесс состоит из двух последовательных химических реакций.

1. Реакция между сульфидом калия и соляной кислотой с образованием сероводорода:

$K_2S + 2HCl \rightarrow 2KCl + H_2S \uparrow$

2. Реакция между выделившимся сероводородом и сульфатом меди(II) с образованием осадка сульфида меди(II):

$H_2S + CuSO_4 \rightarrow CuS \downarrow + H_2SO_4$

Для начала рассчитаем количество вещества (моль) исходных реагентов в первой реакции, чтобы определить, какой из них является лимитирующим.

Молярная масса сульфида калия ($K_2S$):

$M(K_2S) = 2 \times 39 + 32 = 110 \text{ г/моль}$

Количество вещества сульфида калия:

$n(K_2S) = \frac{m(K_2S)}{M(K_2S)} = \frac{12,3 \text{ г}}{110 \text{ г/моль}} \approx 0,1118 \text{ моль}$

Теперь рассчитаем массу и количество вещества чистой соляной кислоты ($HCl$) в растворе.

Масса $HCl$:

$m(HCl) = m(\text{р-ра } HCl) \times \omega(HCl) = 80 \text{ г} \times 0,12 = 9,6 \text{ г}$

Молярная масса соляной кислоты ($HCl$):

$M(HCl) = 1 + 35,5 = 36,5 \text{ г/моль}$

Количество вещества соляной кислоты:

$n(HCl) = \frac{m(HCl)}{M(HCl)} = \frac{9,6 \text{ г}}{36,5 \text{ г/моль}} \approx 0,263 \text{ моль}$

Определим лимитирующий реагент. Согласно уравнению реакции (1), на 1 моль $K_2S$ требуется 2 моль $HCl$. Проверим, достаточно ли кислоты для реакции со всем сульфидом калия:

$n_{\text{необх}}(HCl) = 2 \times n(K_2S) = 2 \times 0,1118 \text{ моль} = 0,2236 \text{ моль}$

Поскольку у нас есть $0,263 \text{ моль } HCl$, что больше, чем $0,2236 \text{ моль}$, соляная кислота находится в избытке. Следовательно, сульфид калия ($K_2S$) является лимитирующим реагентом, и дальнейшие расчеты нужно вести по нему.

Количество выделившегося сероводорода ($H_2S$) равно количеству прореагировавшего сульфида калия, так как их стехиометрическое соотношение в реакции (1) составляет 1:1.

$n(H_2S) = n(K_2S) \approx 0,1118 \text{ моль}$

Далее сероводород пропускают через избыток раствора сульфата меди(II). Осадок, который образуется, — это сульфид меди(II) ($CuS$).

Согласно уравнению реакции (2), из 1 моль $H_2S$ образуется 1 моль $CuS$. Так как $CuSO_4$ в избытке, весь сероводород вступит в реакцию.

$n(CuS) = n(H_2S) \approx 0,1118 \text{ моль}$

Теперь рассчитаем массу образовавшегося осадка $CuS$.

Молярная масса сульфида меди(II) ($CuS$):

$M(CuS) = 64 + 32 = 96 \text{ г/моль}$

Масса осадка:

$m(CuS) = n(CuS) \times M(CuS) = 0,1118 \text{ моль} \times 96 \text{ г/моль} \approx 10,73 \text{ г}$

Округляем результат до трех значащих цифр, в соответствии с точностью исходных данных (12,3 г; 12,0 %).

$m(CuS) \approx 10,7 \text{ г}$

Ответ: масса образовавшегося осадка составляет 10,7 г.