Номер 624, страница 115 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

624. Через раствор массой $340 \text{ г}$ с массовой долей сульфата меди(II), равной $12,4 \ \%$, пропустили газообразный сероводород объёмом (н. у.) $5,12 \text{ дм}^3$. При этом выпал чёрный осадок, масса которого после фильтрования и высушивания оказалась равной $20,0 \text{ г}$. Рассчитайте практический выход полученной соли.

Дано:

$m_{р-ра}(CuSO_4) = 340 \text{ г}$

$\omega(CuSO_4) = 12,4 \% = 0,124$

$V(H_2S) = 5,12 \text{ дм}^3$ (н.у.)

$m_{практ}(CuS) = 20,0 \text{ г}$

Перевод данных в систему СИ:

$m_{р-ра}(CuSO_4) = 340 \text{ г} = 0,340 \text{ кг}$

$V(H_2S) = 5,12 \text{ дм}^3 = 5,12 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3$

$m_{практ}(CuS) = 20,0 \text{ г} = 0,0200 \text{ кг}$

Найти:

$\eta(CuS) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции между сульфатом меди(II) и сероводородом. В результате реакции обмена образуется нерастворимый в воде и кислотах чёрный осадок сульфида меди(II) и серная кислота.

$CuSO_4 + H_2S \rightarrow CuS \downarrow + H_2SO_4$

2. Рассчитаем количество вещества (моль) исходных реагентов, чтобы определить, который из них находится в недостатке.

Масса чистого сульфата меди(II) в растворе:

$m(CuSO_4) = m_{р-ра}(CuSO_4) \cdot \omega(CuSO_4) = 340 \text{ г} \cdot 0,124 = 42,16 \text{ г}$

Молярная масса сульфата меди(II):

$M(CuSO_4) = 63,5 + 32 + 4 \cdot 16 = 159,5 \text{ г/моль}$

Количество вещества сульфата меди(II):

$n(CuSO_4) = \frac{m(CuSO_4)}{M(CuSO_4)} = \frac{42,16 \text{ г}}{159,5 \text{ г/моль}} \approx 0,264 \text{ моль}$

Количество вещества сероводорода (при нормальных условиях, н.у., молярный объём газа $V_m = 22,4 \text{ дм}^3\text{/моль}$):

$n(H_2S) = \frac{V(H_2S)}{V_m} = \frac{5,12 \text{ дм}^3}{22,4 \text{ дм}^3\text{/моль}} \approx 0,229 \text{ моль}$

3. Сравним количества веществ реагентов. Согласно уравнению реакции, они реагируют в соотношении 1:1.

$n(H_2S) < n(CuSO_4)$ ($0,229 \text{ моль} < 0,264 \text{ моль}$)

Следовательно, сероводород ($H_2S$) находится в недостатке и полностью прореагирует, а сульфат меди(II) ($CuSO_4$) — в избытке. Дальнейшие расчёты будем вести по недостатку, то есть по сероводороду.

4. Рассчитаем теоретически возможную массу продукта реакции — сульфида меди(II) ($CuS$).

По уравнению реакции, из 1 моль $H_2S$ образуется 1 моль $CuS$. Значит, теоретическое количество вещества $CuS$ равно количеству вещества $H_2S$.

$n_{теор}(CuS) = n(H_2S) = 0,229 \text{ моль}$

Молярная масса сульфида меди(II):

$M(CuS) = 63,5 + 32 = 95,5 \text{ г/моль}$

Теоретическая масса осадка:

$m_{теор}(CuS) = n_{теор}(CuS) \cdot M(CuS) = 0,229 \text{ моль} \cdot 95,5 \text{ г/моль} \approx 21,87 \text{ г}$

5. Рассчитаем практический выход продукта ($\eta$) как отношение практической массы к теоретической.

$\eta(CuS) = \frac{m_{практ}(CuS)}{m_{теор}(CuS)} \cdot 100\%$

$\eta(CuS) = \frac{20,0 \text{ г}}{21,87 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 91,45\%$

Ответ: практический выход полученной соли (сульфида меди(II)) составляет 91,45%.