Дано:
m(р-ра CuSO₄) = 640 гр
ω(CuSO₄) = 20%
V(газа) = 13,44 л
m(Zn) = 65 гр
Найти:
ω(ZnSO₄) - ?
1) Для начала мы напишем уравнение реакций электролиза у сульфата меди(II), потом у воды, а потом вещество при добавлений цинка:
2CuSO₄ + 2H₂O (электролиз) → 2Cu + O₂↑ + 2H₂SO₄ (1)
2H₂O (электролиз) → 2H₂↑ + O₂↑ (2)
Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂↑ (3)
2) Далее находим количества вещества у сульфата меди(II) , а потом у кислорода при реакций (1):
m(CuSO₄) = m(р-ра CuSO₄)×ω(CuSO₄)/100% = 640 гр × 20%/100% = 640 гр × 0,2 = 128 гр
M(CuSO₄) = 64+32+16×4 = 64+32+64 = 160 гр/моль
n(CuSO₄) = m(CuSO₄)/M(CuSO₄) = 128 гр / 160 гр/моль = 0,8 моль
n(Cu) : n(H₂SO₄) : n(CuSO₄) = 2 : 2 : 2 = 1 : 1 : 1 ⇒ n(Cu) = n(H₂SO₄) = n(CuSO₄) = 0,8 моль
Vm = 22,4 л/моль
n(O₂) = V(газа)/Vm = 13,44 л / 22,4 л/моль = 0,6 моль
Но по уравнению реакции (1) должно выделиться у кислорода n₁(O₂) = n(CuSO₄)/2 = 0,8 моль / 2 = 0,4 моль.
Значит, кислород выделяется ещё в результате реакции электролиза серной кислоты (воды). Значит мы запишем реакцию про электролиз воды из реакций (2) на вверху там где электролиз у сульфата меди (II).
Тогда при (2) реакций находим количества вещества у кислорода:
n₂(O₂) = n(O₂) - n₁(O₂) = 0,6 моль - 0,4 моль = 0,2 моль
3) Теперь определяем массу раствора по результатам двух реакций электролиза из (1) и (2):
m(после эл-за) = m(р-ра CuSO₄) - m(O₂) - m₂(H₂) - m(Cu) - масса раствора в двух электролиза
M(O₂) = 16×2 = 32 гр/моль M(H₂) = 1×2 = 2 гр/моль
M(Cu) = 64 гр/моль
m(O₂) = n(O₂)×M(O₂) = 0,6 моль × 32 гр/моль = 19,2 гр
n(H₂) = 2n₂(O₂) = 2×0,2 = 0,4 моль - из реакций (2)
m₂(H₂) = n₂(H₂)×M(H₂) = 0,4 моль × 2 гр/моль = 0,8 гр
m(Cu) = n(Cu)×M(Cu) = 0,8 моль × 64 гр/моль = 51,2 гр
m(после эл-за) = 640 гр - 19,2 гр - 0,8 гр - 51,2 гр = 568,8 гр
4) Теперь находим количества вещества цинка, и у серной кислоты, потом мы определим какой из них были в избытке и в недостатке из реакций (3):
M(Zn) = 65 гр/моль
n(Zn) = m(Zn)/M(Zn) = 65 гр / 65 гр/моль = 1 моль
n(H₂SO₄) = n(CuSO₄) = 0,8 моль - из (1) уравнений реакций
n(Zn) = 1 моль - в избытке
n(H₂SO₄) = 0,8 моль - в недостатке
5) Отсюда мы видим, что цинк в избытке. Значит, мы можем определить, сколько именно массы цинка прореагировало:
n(прореаг. Zn) = n(H₂SO₄) = 0,8 моль ⇒ n(ZnSO₄) = n₃(H₂) = n(прореаг. Zn) = 0,8 моль - из (3) уравнений реакций
m(прореаг. Zn) = n(прореаг. Zn) × M(Zn) = 0,8 моль × 65 гр/моль = 52 гр
6) Далее находим массу конечно раствора, после реакции с цинком:
m(кон. р-ра) = m(после эл-за) + m(прореаг. Zn) - m₃(H₂) - масса конечно раствора
m₃(H₂) = n₃(H₂)×M(H₂) = 0,8 моль × 2 гр/моль = 1,6 гр
m(кон. р-ра) = 568,8 гр + 52 гр - 1,6 гр = 619,2 гр
7) Теперь находим массовую долю у сульфата цинка в полученном растворе:
M(ZnSO₄) = 65+32+16×4 = 97+64 = 161 гр/моль
m(ZnSO₄) = n(ZnSO₄)×M(ZnSO₄) = 0,8 моль × 161 гр/моль = 128,8 гр
ω(ZnSO₄) = m(ZnSO₄)/m(кон. р-ра) × 100% = 128,8 гр / 619,2 гр × 100% ≈ 0,208 × 100% ≈ 20,8%
ответ: ω(ZnSO₄) = 20,8%
