В раствор сульфата железа(III) поместили порошок меди и выдержали некоторое время. После завершения реакции остаток порошка отфильтровали и в раствор поместили железную пластинку. Когда пластинку вынули из раствора, оказалось, что её масса увеличилась на 0,16 г, а масса образовавшегося раствора составила 52,4 г. При добавлении к этому раствору избытка раствора гидроксида натрия образовался осадок, содержащий два вещества, общая масса которых 10,96 г. Рассчитайте массовую долю сульфата железа(III) в исходном растворе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).
1) Fe2(SO4)3 + Cu = CuSO4 + 2FeSO4
2) CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu
3) CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2 + Na2SO4
4) FeSO4 + 2NaOH = Fe(OH)2 + Na2SO4
Уравнения реакций составлены верно и соответствуют условию.
Определение количества CuSO4, прореагировавшего с железной пластинкой:
По уравнению реакции 2: n(Cu) = n(Fe)
Δm(пластинки) = m(Cu) - m(Fe) = n(Cu) · M(Cu) - n(Fe) · M(Fe) = n(Cu) · 64 - n(Cu) · 56 = 8 · n(Cu) = 0,16 г [1]
Пусть n(Cu) = n(Fe) = x моль, тогда:
8x = 0,16 [1]
x = 0,02
n(Cu) = 0,02 моль
n(CuSO4 прореаг. с Fe) = n(Cu) = 0,02 моль
n(Fe прореаг.) = n(Cu) = 0,02 моль
n(FeSO4 образ. при реакции с пластинкой) = n(Cu) = 0,02 моль
Определение исходного количества Fe2(SO4)3 по массе осадка:
n(CuSO4 после первой реакции) = n(Fe2(SO4)3)
n(FeSO4 после первой реакции) = 2 · n(Fe2(SO4)3)
n(CuSO4 после реакции с Fe) = n(CuSO4 после первой реакции) - n(CuSO4 прореаг. с Fe) = n(Fe2(SO4)3) - 0,02
n(FeSO4 после реакции с Fe) = n(FeSO4 после первой реакции) + n(FeSO4 образ. при реакции с пластинкой) = 2 · n(Fe2(SO4)3) + 0,02
n(Cu(OH)2) = n(CuSO4 после реакции с Fe) = n(Fe2(SO4)3) - 0,02
n(Fe(OH)2) = n(FeSO4 после реакции с Fe) = 2 · n(Fe2(SO4)3) + 0,02
m(Cu(OH)2) = n(Cu(OH)2) · M(Cu(OH)2) = (n(Fe2(SO4)3) - 0,02) · 98
m(Fe(OH)2) = n(Fe(OH)2) · M(Fe(OH)2) = (2 · n(Fe2(SO4)3) + 0,02) · 90
По условию m(Cu(OH)2) + m(Fe(OH)2) = 10,96 г
98 · (n(Fe2(SO4)3) - 0,02) + 90 · (2 · n(Fe2(SO4)3) + 0,02) = 10,96 [2]
Пусть n(Fe2(SO4)3 в исходном р-ре) = y моль, тогда:
98 · (y - 0,02) + 90 · (2y + 0,02) = 10,96 [2]
y = 0,04
n(Fe2(SO4)3 в исходном р-ре) = 0,04 моль
Нахождение массы исходного раствора и массовой доли Fe2(SO4)3:
m(Fe2(SO4)3 в исходном р-ре) = n(Fe2(SO4)3 в исходном р-ре) · M(Fe2(SO4)3) = 0,04 · 400 = 16 г
n(Cu прореаг. с Fe2(SO4)3) = n(Fe2(SO4)3 в исходном р-ре) = 0,04 моль
m(Cu прореаг. с Fe2(SO4)3) = n(Cu прореаг. с Fe2(SO4)3) · M(Cu) = 0,04 · 64 = 2,56 г
При первой реакции масса раствора увеличилась на массу меди, прореагировавшей с Fe2(SO4)3, то есть на 2,56 г. При реакции с железной пластинкой масса раствора уменьшилась ровно на столько, на сколько увеличилась масса железной пластинки, то есть на 0,16 г
m(конечного р-ра) = m(исх. р-ра) + m(Cu прореаг. с Fe2(SO4)3) - Δm(пластинки)
m(исх. р-ра) = m(конечного р-ра) - m(Cu прореаг. с Fe2(SO4)3) + Δm(пластинки) = 52,4 - 2,56 + 0,16 = 50 г
ω(Fe2(SO4)3 в исходном р-ре) = m(Fe2(SO4)3 в исходном р-ре) / m(исх. р-ра) · 100 % = 16 / 50 · 100 % = 32 %
Ход решения изложен логично и последовательно.
Верно произведены вычисления.
Ответ: ω(Fe2(SO4)3 в исходном р-ре) = 32 %
Получен правильный ответ.