Вопрос школьника
На смесь порошков железа с медью массой 12 г подействовали раствором серной кислоты. Выделился газ объемом 4,48 л (н.у.). Какие массы и количества веществ железа и меди в исходной смеси?
Ответ от учителя
Для решения задачи необходимо использовать закон пропорций Лавуазье-Лапласа, который гласит, что массы веществ, вступающих в химическую реакцию, соотносятся между собой как их эквивалентные массы.
1. Найдем количество газа в условиях стандартных температуры и давления (н.у.) по уравнению состояния идеального газа:
V = nRT/P,
где V — объем газа, n — количество вещества газа, R — универсальная газовая постоянная, T — температура газа в Кельвинах, P — давление газа в Паскалях.
Подставим известные значения:
V = 4,48 л = 0,00448 м3,
T = 273 К,
P = 101325 Па.
R = 8,31 Дж/(моль·К).
n = PV/RT = (101325 Па × 0,00448 м3)/(8,31 Дж/(моль·К) × 273 К) ≈ 0,0008 моль.
2. Найдем количество меди и железа в исходной смеси. Для этого воспользуемся уравнением реакции:
Fe + H2SO4 + Cu → FeSO4 + CuSO4 + H2
Согласно уравнению, на 1 моль железа и 1 моль меди требуется 1 моль серной кислоты. Таким образом, количество меди и железа в исходной смеси будет равно количеству серной кислоты, которая взаимодействовала с металлами.
Масса серной кислоты, необходимой для реакции с 1 молью железа и 1 молью меди, равна их эквивалентным массам:
m(H2SO4) = M(H2SO4) × n = 98 г/моль × 0,0008 моль ≈ 0,0784 г.
Масса железа в исходной смеси равна массе железа, реагировавшего с серной кислотой:
m(Fe) = M(Fe) × n = 56 г/моль × 0,0008 моль ≈ 0,0448 г.
Масса меди в исходной смеси равна массе меди, реагировавшей с серной кислотой:
m(Cu) = M(Cu) × n = 63,5 г/моль × 0,0008 моль ≈ 0,0508 г.
Ответ: масса железа в исходной смеси составляет около 0,0448 г, масса меди — около 0,0508 г.
