Номер 9, страница 274 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

9. Железную пластинку массой 10 г выдержали в растворе медного купороса, содержащего сульфат меди(II) массой 2,4 г. Определите массу пластинки по окончании реакции.

Дано:

$m_{пластинки(исх)} = 10 \text{ г}$

$m(CuSO_4) = 2,4 \text{ г}$

Найти:

$m_{пластинки(кон)} - ?$

Решение:

При погружении железной пластинки в раствор сульфата меди(II) происходит реакция замещения, так как железо является более активным металлом, чем медь, и вытесняет ее из раствора соли. Уравнение реакции выглядит следующим образом:

$Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu$

В ходе реакции часть железной пластинки растворяется, переходя в раствор в виде сульфата железа(II), а на поверхности пластинки осаждается металлическая медь. Изменение массы пластинки будет равно разности масс выделившейся меди и растворившегося железа.

1. Рассчитаем молярные массы веществ, участвующих в изменении массы пластинки, и сульфата меди(II):

$M(Fe) = 56 \text{ г/моль}$

$M(Cu) = 64 \text{ г/моль}$

$M(CuSO_4) = M(Cu) + M(S) + 4 \cdot M(O) = 64 + 32 + 4 \cdot 16 = 160 \text{ г/моль}$

2. Найдем количество вещества сульфата меди(II) в растворе:

$\nu(CuSO_4) = \frac{m(CuSO_4)}{M(CuSO_4)} = \frac{2,4 \text{ г}}{160 \text{ г/моль}} = 0,015 \text{ моль}$

3. Определим, какой из реагентов находится в недостатке. Для этого найдем количество вещества железа в пластинке:

$\nu(Fe)_{исх} = \frac{m_{пластинки(исх)}}{M(Fe)} = \frac{10 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} \approx 0,179 \text{ моль}$

Согласно уравнению реакции, железо и сульфат меди(II) реагируют в соотношении 1:1. Так как $\nu(CuSO_4) = 0,015 \text{ моль} < \nu(Fe)_{исх} \approx 0,179 \text{ моль}$, сульфат меди(II) находится в недостатке и прореагирует полностью. Расчеты будем вести по нему.

4. По уравнению реакции найдем количество вещества железа, которое прореагировало, и количество вещества меди, которая выделилась на пластинке:

$\nu(Fe)_{прореаг.} = \nu(Cu)_{выдел.} = \nu(CuSO_4) = 0,015 \text{ моль}$

5. Рассчитаем массу прореагировавшего железа и массу выделившейся меди:

$m(Fe)_{прореаг.} = \nu(Fe)_{прореаг.} \cdot M(Fe) = 0,015 \text{ моль} \cdot 56 \text{ г/моль} = 0,84 \text{ г}$

$m(Cu)_{выдел.} = \nu(Cu)_{выдел.} \cdot M(Cu) = 0,015 \text{ моль} \cdot 64 \text{ г/моль} = 0,96 \text{ г}$

6. Найдем конечную массу пластинки. Она равна начальной массе минус масса растворившегося железа плюс масса осевшей меди:

$m_{пластинки(кон)} = m_{пластинки(исх)} - m(Fe)_{прореаг.} + m(Cu)_{выдел.}$

$m_{пластинки(кон)} = 10 \text{ г} - 0,84 \text{ г} + 0,96 \text{ г} = 10,12 \text{ г}$

Ответ: масса пластинки по окончании реакции составит 10,12 г.