Определите, какая масса меди вступит в реакцию с концентрированной серной кислотой для получения оксида серы (IV) объёмом 3 л (н.у.), если выход оксида серы (IV) составляет 90%.
Для решения этой задачи нам необходимо использовать закон сохранения массы и уравнение химической реакции между медью (\( \text{Cu} \)) и концентрированной серной кислотой (\( \text{H}_2\text{SO}_4 \)).
При реакции меди с концентрированной серной кислотой образуется оксид серы (IV) (\( \text{SO}_2 \)), вода (\( \text{H}_2\text{O} \)) и сульфат меди (\( \text{CuSO}_4 \)). Уравнение реакции выглядит следующим образом:
\[ \text{Cu} + 2 \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{CuSO}_4 + \text{SO}_2 + 2 \text{H}_2\text{O} \]
Для начала, найдем количество молей оксида серы (IV), которое нам нужно:
- Находим количество вещества газа в обычных условиях (\( n \)) по формуле: \[ n = \frac{V}{V_m} \] где \( V \) - объём газа, \( V_m \) - молярный объём газа при нормальных условиях (22,4 л/моль).
\[ V_m = 22.4 \, \text{л/моль} \] Используем 3 л оксида серы: \[ n = \frac{3 \, \text{л}}{22,4 \, \text{л/моль}} \approx 0,1336 \, \text{моль} \]
Так как выход оксида серы составляет 90%, то фактически нужно выделить большее количество молей:
\[ n_{\text{исход}} = \frac{n}{\text{выход}} = \frac{0,1336 \, \text{моль}}{0.9} \approx 0,1482 \, \text{моль} \]
Согласно уравнению реакции, 1 моль меди даёт 1 моль оксида серы (IV). Значит, количество меди потребуется такое же, как и количество выделенного оксида серы:
\[ n_{\text{Cu}} = n_{\text{исход}} = 0,1482 \, \text{моль} \]
Теперь пересчитаем моль меди в массу:
- Для меди (молярная масса \( M_{\text{Cu}} = 63,5 \, \text{г/моль} \)): \[ m = n \cdot M = 0,1482 \, \text{моль} \cdot 63,5 \, \text{г/моль} \approx 9,42 \, \text{г} \]
Таким образом, масса меди, которая должна вступить в реакцию с концентрированной серной кислотой для получения 3 л оксида серы (IV) с выходом 90%, составляет примерно 9.42 г.
