Условие задачи
Через 1 л 18%-ного раствора сульфата меди (II) (плотность 1,12 г/см3) пропустили 23,2 л сероводорода (н. у.). Какое вещество выпало в осадок? Чему равна его масса?
Решение
Нам даны следующие данные:
1. Объём раствора = 1 л. Раствор имеет концентрацию 18 % по массе сульфата меди(II) (CuSO₄) и плотность 1,12 г/см³.
2. Через раствор пропускают 23,2 л газа сероводорода (H₂S) при нормальных условиях (при нормальным объёмном моле ≈ 22,4 л).
Найдем по порядку, какое вещество выпадает и сколько его образуется.
──────────────────────────────
1. Определим массу сульфата меди(II) в растворе
Объём раствора = 1 л = 1000 см³. Масса раствора:
m₍раствора₎ = плотность × объём = 1,12 г/см³ × 1000 см³ = 1120 г.
Так как раствор 18 % по массе, масса соли:
m₍CuSO₄₎ = 0,18 × 1120 г = 201,6 г.
Примем, что имеется анигидрат CuSO₄, молярная масса которого:
M₍CuSO₄₎ = M₍Cu₎ + M₍S₎ + 4·M₍O₎ ≈ 63,55 + 32,06 + 4×16 = 159,61 г/моль.
Число молей CuSO₄:
n₍CuSO₄₎ = 201,6 г / 159,61 г/моль ≈ 1,263 моль.
──────────────────────────────
2. Определим количество молей H₂S
При нормальных условиях 1 моль газа занимает примерно 22,4 л, таким образом:
n₍H₂S₎ = 23,2 л / 22,4 л/моль ≈ 1,036 моль.
──────────────────────────────
3. Запишем суть химической реакции
При пропускании H₂S через раствор CuSO₄ происходит осаждение нерастворимого сульфида меди(II). Реакция проходит по следующей схеме:
Cu²⁺ + H₂S → CuS↓ + 2 H⁺
Из уравнения видно, что стехиометрическое соотношение между ионами Cu²⁺ (получаемыми из CuSO₄) и молекулами H₂S равно 1 : 1. Таким образом, количество H₂S определяет, сколько моль CuS может образоваться.
Поскольку имеем:
n₍Cu²⁺₎ ≈ 1,263 моль и n₍H₂S₎ ≈ 1,036 моль,
лимитирующим реагентом является H₂S (1,036 моль), потому что его меньше.
Отсюда число молей CuS, которое может образоваться, равно n₍CuS₎ = 1,036 моль.
──────────────────────────────
4. Определим массу осадка CuS
Молярная масса CuS равна:
M₍CuS₎ = M₍Cu₎ + M₍S₎ ≈ 63,55 + 32,06 = 95,61 г/моль.
Масса осадка:
m₍CuS₎ = n₍CuS₎ × M₍CuS₎ = 1,036 моль × 95,61 г/моль ≈ 99 г.
──────────────────────────────
Вывод:
В результате пропускания H₂S через раствор сульфата меди(II) выпадает осадок сульфида меди(II) (CuS) в количестве примерно 99 грамм.
Таким образом, используя химические законы нерастворимости сульфидов и стехиометрические соотношения, получаем ответ:
Осадок – сульфид меди(II) (CuS); его масса ≈ 99 г.