Номер 10, страница 186 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

10. Сероводород объёмом 1,12 дм³ (н. у.) пропустили через раствор массой 125 г с массовой долей сульфата меди(II), равной 10 %. Рассчитайте массовую долю соли в образовавшемся растворе.

Дано:

$V(H_2S) = 1,12 \text{ дм}^3$ (н. у.)

$m_{\text{р-ра}}(CuSO_4) = 125 \text{ г}$

$\omega(CuSO_4) = 10 \% = 0,1$

$V(H_2S) = 1,12 \text{ дм}^3 = 1,12 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3$

$m_{\text{р-ра}}(CuSO_4) = 125 \text{ г} = 0,125 \text{ кг}$

Найти:

$\omega_{\text{конеч.}}(соли) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции между сероводородом и сульфатом меди(II). В результате реакции образуется нерастворимый сульфид меди(II) (выпадает в осадок) и серная кислота:

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

Согласно уравнению, реагенты взаимодействуют в мольном соотношении $1:1$.

2. Рассчитаем количество вещества (моль) исходных реагентов.

Количество вещества сероводорода $H_2S$, используя молярный объем газов при нормальных условиях ($V_m = 22,4 \text{ л/моль}$):

$n(H_2S) = \frac{V(H_2S)}{V_m} = \frac{1,12 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,05 \text{ моль}$

Масса сульфата меди(II) $CuSO_4$ в исходном растворе:

$m(CuSO_4) = m_{\text{р-ра}}(CuSO_4) \cdot \omega(CuSO_4) = 125 \text{ г} \cdot 0,1 = 12,5 \text{ г}$

Молярная масса сульфата меди(II) $CuSO_4$:

$M(CuSO_4) = 63,5 + 32 + 4 \cdot 16 = 159,5 \text{ г/моль}$

Количество вещества сульфата меди(II) $CuSO_4$:

$n(CuSO_4) = \frac{m(CuSO_4)}{M(CuSO_4)} = \frac{12,5 \text{ г}}{159,5 \text{ г/моль}} \approx 0,0784 \text{ моль}$

3. Определим, какой из реагентов находится в недостатке (лимитирующий реагент). Сравним количества веществ реагентов с учетом стехиометрии (1:1):

$n(H_2S) = 0,05 \text{ моль}$

$n(CuSO_4) \approx 0,0784 \text{ моль}$

Так как $0,05 < 0,0784$, сероводород $H_2S$ находится в недостатке и прореагирует полностью. Расчет продуктов и оставшихся реагентов ведется по недостатку.

4. В образовавшемся растворе единственной солью будет избыток непрореагировавшего сульфата меди(II) $CuSO_4$. Рассчитаем его массу.

Количество вещества $CuSO_4$, вступившего в реакцию, равно количеству вещества $H_2S$:

$n_{\text{реаг.}}(CuSO_4) = n(H_2S) = 0,05 \text{ моль}$

Количество вещества $CuSO_4$, оставшегося в растворе:

$n_{\text{ост.}}(CuSO_4) = n_{\text{исх.}}(CuSO_4) - n_{\text{реаг.}}(CuSO_4) = 0,0784 - 0,05 = 0,0284 \text{ моль}$

Масса оставшегося в растворе $CuSO_4$:

$m_{\text{ост.}}(CuSO_4) = n_{\text{ост.}}(CuSO_4) \cdot M(CuSO_4) = 0,0284 \text{ моль} \cdot 159,5 \text{ г/моль} \approx 4,53 \text{ г}$

5. Рассчитаем массу конечного раствора. Она равна массе исходного раствора плюс масса поглощенного газа $H_2S$ минус масса выпавшего осадка $CuS$.

Масса прореагировавшего $H_2S$:

$M(H_2S) = 2 \cdot 1 + 32 = 34 \text{ г/моль}$

$m(H_2S) = n(H_2S) \cdot M(H_2S) = 0,05 \text{ моль} \cdot 34 \text{ г/моль} = 1,7 \text{ г}$

Масса образовавшегося осадка $CuS$ (его количество равно количеству $H_2S$):

$M(CuS) = 63,5 + 32 = 95,5 \text{ г/моль}$

$m(CuS) = n(H_2S) \cdot M(CuS) = 0,05 \text{ моль} \cdot 95,5 \text{ г/моль} = 4,775 \text{ г}$

Масса конечного раствора:

$m_{\text{конеч. р-ра}} = m_{\text{исх. р-ра}} + m(H_2S) - m(CuS) = 125 \text{ г} + 1,7 \text{ г} - 4,775 \text{ г} = 121,925 \text{ г}$

6. Рассчитаем массовую долю соли ($CuSO_4$) в образовавшемся растворе.

$\omega_{\text{конеч.}}(CuSO_4) = \frac{m_{\text{ост.}}(CuSO_4)}{m_{\text{конеч. р-ра}}} \cdot 100\% = \frac{4,53 \text{ г}}{121,925 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 3,715\%$

Округлим до сотых долей процента.

Ответ: массовая доля соли в образовавшемся растворе составляет примерно 3,72 %.