34.07 Растворимость и кристаллогидраты

Уравнения реакций:

1) CuSO₄ + Fe → FeSO₄ + Cu
2) Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂
n CuSO₄ * 5H₂O = m CuSO₄ * 5H₂O / M CuSO₄ * 5H₂O = 37,5 / 250 = 0,15 моль
n CuSO₄ = n CuSO₄ * 5H₂O = 0,15 моль
m CuSO₄ = n CuSO₄ * M CuSO₄ = 0,15 * 160 = 24 г
m_р-ра CuSO₄ = m CuSO₄ / ω CuSO₄ = 24 / 0,2 = 120 г
n Fe = m Fe / M Fe = 11,2 / 56 = 0,2 моль

Нужно определить какое вещество в 1 реакции находится в недостатке, а какое - в избытке. Для этого поделим количества сульфата меди и железа на свои коэффициенты и установим их соотношение:

n _{на единицу коэф.} CuSO₄ / n _{на единицу коэф.} Fe = (0,15 / 1) / (0,2 / 1) = 0,15 / 0,2. Делаем вывод, что железо находится в избытке. Проводим дальнейшие расчеты по недостатку (по сульфату меди).

По 1 уравнению: n Cu = n CuSO₄ = 0,15 моль
m Cu = n Cu * M Cu = 0,15 * 64 = 9,6 г
По 1 уравнению: n_{прореаг.} Fe = n CuSO₄ = 0,15 моль
n_ост. Fe = n Fe – n_{прореаг.} Fe = 0,2 – 0,15 = 0,05 моль
m H₂SO₄ = m_р-ра H₂SO₄ * ω H₂SO₄ = 100 * 0,2 = 20 г
n H₂SO₄ = m H₂SO₄ / M H₂SO₄ = 20 / 98 = 0,2 моль

Нужно определить какое вещество во 2 реакции находится в недостатке, а какое - в избытке. Для этого поделим количества железа и серной кислоты на свои коэффициенты и установим их соотношение:

n _{на единицу коэф.} Fe / n _{на единицу коэф.} H₂SO₄ = (0,05 / 1) / (0,2 / 1) = 0,05 / 0,2. Делаем вывод, что серная кислота находится в избытке. Проводим дальнейшие расчеты по недостатку (по железу).

По 1 уравнению: n₁ FeSO₄ = n CuSO₄ = 0,15 моль
По 2 уравнению: n₂ FeSO₄ = n_ост. Fe = 0,05 моль
n_общ. FeSO₄ = n₁ FeSO₄ + n₂ FeSO₄ = 0,15 + 0,05 = 0,2 моль
m_общ. FeSO₄ = n_общ. FeSO₄ * M FeSO₄ = 0,2 * 152 = 30,4 г

По 2 уравнению: n H₂ = n_ост. Fe = 0,05 моль
m H₂ = n H₂ * M H₂ = 0,05 * 2 = 0,1 г
m_{кон. р-ра} = m_р-ра CuSO₄ + m Fe + m_р-ра H₂SO₄ – m Cu – m H₂ = 120 + 11,2 + 100 – 9,6 – 0,1 = 221,5 г  
ω FeSO₄ = m_общ. FeSO₄ / m_{кон. р-ра} = 30,4 / 221,5 = 0,137 или 13,7%

Ответ: ω FeSO₄ = 13,7%