При взаимодействии сульфата меди (II) с железом протекает реакция замещения:
Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu (I)
Вычислим количество вещества медного купороса и железа, вступающих в реакцию (I):
ν(CuSO4 · 5H2O) = m(CuSO4 · 5H2O)/M(CuSO4 · 5H2O) = 12,5 г/250 г/моль = 0,05 моль;
νисх.(Fe) = mисх.(Fe)/M(Fe) = 5,6 г/56 г/моль = 0,1 моль.
По уравнению реакции (I) ν(Fe) = ν(CuSO4), а по условию задачи количество вещества медного купороса в недостатке (0,05 моль CuSO4 · 5H2O и 0,1 моль Fe), поэтому железо прореагировало не полностью.
С сульфидом натрия взаимодействует только сульфат железа (II):
FeSO4 + Na2S → FeS↓ + Na2SO4 (II)
Расчет ведем по недостатку вещества, следовательно, ν(CuSO4 · 5H2O) = ν(Cu) = ν(FeSO4) = 0,05 моль и νост.(Fe) = 0,1 моль – 0,05 моль = 0,05 моль.
Для расчета в дальнейшем массы конечного раствора необходимо знать массы образовавшейся меди, непрореагировавшего железа (реакция (I)) и исходного раствора медного купороса:
m(Cu) = ν(Cu) · M(Cu) = 0,05 моль · 64 г/моль = 3,2 г;
mост.(Fe) = νост.(Fe) · M(Fe) = 0,05 моль · 56 г/моль = 2,8 г;
ν(CuSO4 · 5H2O) = ν(CuSO4) = 0,05 моль, следовательно, m(CuSO4) = ν(CuSO4) · M(CuSO4) = 0,05 моль · 160 г/моль = 8 г;
mисх.(р-ра CuSO4) = m(CuSO4)/ω(CuSO4) · 100% = 8 г/20% · 100% = 40
С сульфидом натрия взаимодействует только сульфат железа (II) (сульфат меди (II) полностью прореагировал по реакции (I)).
Вычислим массу и количество вещества сульфида натрия:
mисх.(Na2S) = mисх.(р-ра Na2S) · ω(Na2S) = 117 г · 0,1 = 11,7 г;
νисх.(Na2S) = mисх.(Na2S)/M(Na2S) = 11,7 г/78 г/моль = 0,15 моль.
По уравнению реакции (II) ν(Na2S) = ν(FeSO4), а по условию реакции сульфид натрия в избытке (0,15 моль Na2S и 0,05 моль FeSO4). Расчет ведем по недостатку, т.е. по количеству вещества сульфата железа (II)).
Вычислим массу непрореагировавшего сульфида натрия:
νост.(Na2S) = νисх.(Na2S) – νреаг.(Na2S) = 0,15 моль – 0,05 моль = 0,1 моль;
mост.(Na2S) = ν(Na2S) · M(Na2S) = 0,1 моль · 78 г/моль = 7,8 г.
Для расчета массы конечного раствора необходимо вычислить массу выпавшего в осадок по реакции (II) сульфида железа (II):
ν(FeSO4) = ν(FeS) и m(FeS) = ν(FeS) · M(FeS) = 0,05 моль · 88 г/моль = 4,4 г.
Массу полученного раствора вычисляем по формуле:
m(р-ра) = mисх.(р-ра CuSO4) + mисх.(Fe) − mост.(Fe) – m(Cu) + mисх.(р-ра Na2S) – m(FeS) = 40 г + 5,6 г – 3,2 г − 2,8 г + 117 г – 4,4 г = 152,2 г.
Массовая доля сульфида натрия в образовавшемся растворе равна:
ω(Na2S) = m(Na2S)/m(р-ра) · 100% = 7,8 г/152,2 г · 100% = 5,12%.
