Номер 623, страница 115 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

623. К раствору массой 40,8 г с массовой долей гидроксида калия 12,2 % добавили водный раствор, содержащий 6,56 г сульфата меди(II). Выпавший осадок отфильтровали и прокалили при 400 °С. В результате было получено 3,08 г чёрного твёрдого вещества. Рассчитайте практический выход получения конечного продукта.

Дано:

$m(р-ра\ KOH) = 40,8\ г$

$ω(KOH) = 12,2\ \% = 0,122$

$m(CuSO_4) = 6,56\ г$

$m_{практ}(CuO) = 3,08\ г$

Найти:

$η(CuO) - ?$

Решение:

В задаче описан двухстадийный химический процесс. Сначала происходит реакция обмена между гидроксидом калия и сульфатом меди(II), в результате которой выпадает осадок гидроксида меди(II):

$2KOH + CuSO_4 \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + K_2SO_4$

Затем этот осадок прокаливают, и он разлагается с образованием оксида меди(II) — твёрдого вещества чёрного цвета, которое и является конечным продуктом:

$Cu(OH)_2 \xrightarrow{400\ ^\circ C} CuO + H_2O$

Для расчёта практического выхода продукта ($η$) необходимо сравнить практически полученную массу с теоретически возможной. Теоретическая масса рассчитывается на основе реагента, который находится в недостатке.

1. Найдём количество вещества ($n$) исходных реагентов.

Масса чистого гидроксида калия в растворе:

$m(KOH) = m(р-ра\ KOH) \cdot ω(KOH) = 40,8\ г \cdot 0,122 = 4,9776\ г$

Молярная масса гидроксида калия $M(KOH) \approx 39 + 16 + 1 = 56\ г/моль$.

Количество вещества гидроксида калия:

$n(KOH) = \frac{m(KOH)}{M(KOH)} = \frac{4,9776\ г}{56\ г/моль} \approx 0,0889\ моль$

Молярная масса сульфата меди(II) $M(CuSO_4) \approx 63,5 + 32 + 4 \cdot 16 = 159,5\ г/моль$.

Количество вещества сульфата меди(II):

$n(CuSO_4) = \frac{m(CuSO_4)}{M(CuSO_4)} = \frac{6,56\ г}{159,5\ г/моль} \approx 0,0411\ моль$

2. Определим лимитирующий реагент.

Согласно уравнению реакции, $KOH$ и $CuSO_4$ реагируют в мольном соотношении $2:1$.

Проверим, сколько $KOH$ потребовалось бы для реакции со всем имеющимся $CuSO_4$:

$n_{требуемое}(KOH) = 2 \cdot n(CuSO_4) = 2 \cdot 0,0411\ моль = 0,0822\ моль$

Поскольку в наличии имеется $0,0889\ моль$ $KOH$, что больше, чем требуется ($0,0889 > 0,0822$), $KOH$ находится в избытке. Следовательно, $CuSO_4$ является лимитирующим реагентом, и дальнейший расчёт ведётся по нему.

3. Рассчитаем теоретическую массу конечного продукта ($CuO$).

Из уравнений реакций следует, что из $1$ моль $CuSO_4$ образуется $1$ моль $Cu(OH)_2$, а из него — $1$ моль $CuO$. Таким образом, теоретическое количество вещества $CuO$ равно количеству вещества $CuSO_4$:

$n_{теор}(CuO) = n(CuSO_4) \approx 0,0411\ моль$

Молярная масса оксида меди(II) $M(CuO) \approx 63,5 + 16 = 79,5\ г/моль$.

Теоретическая масса оксида меди(II):

$m_{теор}(CuO) = n_{теор}(CuO) \cdot M(CuO) = 0,041128... \cdot 79,5\ г/моль \approx 3,27\ г$

(для большей точности используем не округленное значение $n(CuSO_4) = 6,56 / 159,5$)

4. Рассчитаем практический выход ($η$).

Практический выход — это отношение массы продукта, полученной на практике, к теоретически возможной массе, выраженное в процентах.

$η = \frac{m_{практ}}{m_{теор}} \cdot 100\%$

$η(CuO) = \frac{3,08\ г}{3,27\ г} \cdot 100\% \approx 94,19\%$

Ответ: практический выход получения конечного продукта составляет $94,2\%$.