В 200 г 16%-ного раствора сульфата меди(II) внесли железную пластинку и выдерживали до тех пор, пока её масса не изменилась на 0,8 г. От полученного раствора отобрали порцию массой 49,8 г и пропустили через неё избыток сероводорода. Вычислите массовые доли веществ в полученном растворе. (Растворимостью сероводорода пренебречь.)

Давайте разложим задачу на несколько этапов.

1. Понимание раствора сульфата меди: 16%-ный раствор сульфата меди (CuSO₄) означает, что в 100 г раствора содержится 16 г CuSO₄. В 200 г раствора: \[ 200 \, \text{г} \times 0.16 = 32 \, \text{г} \, \text{CuSO}_4 \] Масса воды (растворителя) в растворе: \[ 200 \, \text{г} - 32 \, \text{г} = 168 \, \text{г} \, \text{H}_2O \]

2. Реакция с железом: Когда железная пластинка помещена в раствор, происходит реакция между железом (Fe) и сульфатом меди: \[ \text{CuSO}_4 + \text{Fe} \rightarrow \text{Cu} + \text{FeSO}_4 \] Учитывая, что массовая доля железа изменяется на 0.8 г, это соответствует количеству медной соли, которая прореагировала с железом.

3. Молярные массы: Молярная масса CuSO₄:

   • Cu: 63.5 г/моль
   • S: 32.1 г/моль
   • O: 16 г/моль (4 кислорода) \[ M(\text{CuSO}_4) \approx 63.5 + 32.1 + 64 = 159.6 \, \text{г/моль} \]

   Молярная масса Fe:

   • Fe: 55.8 г/моль

4. Количество CuSO₄, прореагировавшего с Fe: С 0.8 г железа образуется 0.8 г меди (Cu). Так как отношения масс реагентов равны молярным отношениям, мы можем вычислить массу CuSO₄, необходимую для получения 0.8 г меди.

   По уравнению реакции: \[ 1 \, \text{моль CuSO}_4 \text{ даёт 1 моль Cu} \]

   Для расчёта используем молярную массу меди: \[ n(\text{Cu}) = \frac{0.8 \, \text{г}}{63.5 \, \text{г/моль}} \approx 0.0126 \, \text{моль} \] Это количество определяет равное количество молей CuSO₄, получаем: \[ m(\text{CuSO}_4) = n \times M \approx 0.0126 \times 159.6 \approx 2.01 \, \text{г} \]

5. Концентрация оставшегося CuSO₄: Первоначальная масса CuSO₄ в растворе: \[ 32 \, \text{г} - 2.01 \, \text{г} = 29.99 \, \text{г} \, \text{CuSO}_4 \]

6. Масса образовавшегося FeSO₄: Масса FeSO₄ равна массе CuSO₄, которая прореагировала (2.01 г). Таким образом, масса FeSO₄ в растворе: \[ m(\text{FeSO}_4) = 2.01 \, \text{г} \]

7. Итоговая масса раствора: Масса раствора после реакции: \[ 49.8 \, \text{г} = m(\text{CuSO}_4) + m(\text{FeSO}_4) + m(\text{H}_2O) \] У нас остаётся: \[ 49.8 = 29.99 + 2.01 + m(\text{H}_2O) \] Решение: \[ m(\text{H}_2O) = 49.8 - 32 \approx 17.8 \, \text{г} \]

8. Массовые доли в растворе: Теперь можем найти массовые доли:

   • Для \(\text{CuSO}_4\): \[ w(\text{CuSO}_4) = \frac{29.99}{49.8} \approx 0.602 \, \text{или} \, 60.2\% \]
   • Для \(\text{FeSO}_4\): \[ w(\text{FeSO}_4) = \frac{2.01}{49.8} \approx 0.0404 \, \text{или} \, 4.04\% \]
   • Для \(\text{H}_2O\): \[ w(\text{H}_2O) = \frac{17.8}{49.8} \approx 0.357 \, \text{или} \, 35.7\% \]

Таким образом, массовые доли веществ в полученном растворе составляют:

• \(\text{CuSO}_4\): 60.2%
• \(\text{FeSO}_4\): 4.04%
• \(\text{H}_2O\): 35.7%