Номер 740, страница 132 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

740. Железную пластинку массой 20,0 г поместили в раствор массой 110 г с массовой долей сульфата меди(II), равной 8,22 %. Рассчитайте массовую долю сульфата железа(II) в растворе после окончания реакции.

Дано:

$m(Fe) = 20,0 \text{ г}$

$m(\text{р-ра } CuSO_4) = 110 \text{ г}$

$\omega(CuSO_4) = 8,22 \% = 0,0822$

Найти:

$\omega(\text{конечн. р-ра } FeSO_4) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции замещения, в которой более активное железо вытесняет медь из раствора ее соли:

$Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu$

По уравнению реакции видно, что реагенты и продукты реагируют в мольном соотношении $1:1:1:1$.

2. Рассчитаем молярные массы веществ, участвующих в реакции (используем округленные значения атомных масс: $Ar(Fe)=56$, $Ar(Cu)=64$, $Ar(S)=32$, $Ar(O)=16$):

$M(Fe) = 56 \text{ г/моль}$

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

$M(FeSO_4) = 56 + 32 + 4 \cdot 16 = 152 \text{ г/моль}$

$M(Cu) = 64 \text{ г/моль}$

3. Найдем массу и количество вещества сульфата меди(II) в исходном растворе:

$m(CuSO_4) = m(\text{р-ра } CuSO_4) \cdot \omega(CuSO_4) = 110 \text{ г} \cdot 0,0822 = 9,042 \text{ г}$

$n(CuSO_4) = \frac{m(CuSO_4)}{M(CuSO_4)} = \frac{9,042 \text{ г}}{160 \text{ г/моль}} \approx 0,0565 \text{ моль}$

4. Найдем количество вещества железа в пластинке:

$n(Fe) = \frac{m(Fe)}{M(Fe)} = \frac{20,0 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} \approx 0,357 \text{ моль}$

5. Определим, какое из веществ находится в недостатке. Сравним количество моль реагентов с учетом стехиометрических коэффициентов (1:1):

$n(CuSO_4) = 0,0565 \text{ моль} < n(Fe) = 0,357 \text{ моль}$

Следовательно, сульфат меди(II) является лимитирующим реагентом и прореагирует полностью. Железо находится в избытке. Дальнейшие расчеты ведем по недостатку, то есть по $CuSO_4$.

6. Рассчитаем массу образовавшегося сульфата железа(II) ($FeSO_4$):

Согласно уравнению реакции, $n(FeSO_4) = n(CuSO_4) = 0,0565 \text{ моль}$.

$m(FeSO_4) = n(FeSO_4) \cdot M(FeSO_4) = 0,0565 \text{ моль} \cdot 152 \text{ г/моль} \approx 8,59 \text{ г}$

7. Рассчитаем массу конечного раствора. Исходная масса раствора изменится, так как часть железной пластинки растворится (масса раствора увеличится), а медь осядет на пластинке (масса раствора уменьшится).

Масса прореагировавшего железа:

$n(Fe_{\text{прореаг.}}) = n(CuSO_4) = 0,0565 \text{ моль}$

$m(Fe_{\text{прореаг.}}) = n(Fe_{\text{прореаг.}}) \cdot M(Fe) = 0,0565 \text{ моль} \cdot 56 \text{ г/моль} \approx 3,16 \text{ г}$

Масса выделившейся меди:

$n(Cu) = n(CuSO_4) = 0,0565 \text{ моль}$

$m(Cu) = n(Cu) \cdot M(Cu) = 0,0565 \text{ моль} \cdot 64 \text{ г/моль} \approx 3,62 \text{ г}$

Масса конечного раствора:

$m(\text{конечн. р-ра}) = m(\text{исх. р-ра}) + m(Fe_{\text{прореаг.}}) - m(Cu)$

$m(\text{конечн. р-ра}) = 110 \text{ г} + 3,16 \text{ г} - 3,62 \text{ г} = 109,54 \text{ г}$

8. Рассчитаем массовую долю сульфата железа(II) в конечном растворе:

$\omega(FeSO_4) = \frac{m(FeSO_4)}{m(\text{конечн. р-ра})} \cdot 100\%$

$\omega(FeSO_4) = \frac{8,59 \text{ г}}{109,54 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 7,84\%$

Ответ: массовая доля сульфата железа(II) в растворе после окончания реакции составляет $7,84\%$.