34.07 Растворимость и кристаллогидраты

Уравнения реакций:
1) Fe₂O₃ + 3H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + 3H₂O
2) Fe₂(SO₄)₃ + Na₂SO₃ + H₂O → 2FeSO₄ + Na₂SO₄ + H₂SO₄

m H₂SO₄ = m _р-ра H₂SO₄ * w H₂SO₄ = 117,6 * 0,25 = 29,4 г
n H₂SO₄ = m H₂SO₄ / M H₂SO₄ = 29,4 / 98 = 0,3 моль
n Fe₂O₃ = m Fe₂O₃ / M Fe₂O₃ = 16 / 160 = 0,1 моль

Определим, какой из реагентов в первой реакции находится в недостатке, а какой в избытке, для этого поделим моли серной кислоты и оксида железа(III) на свои коэффициенты и установим соотношение, этим мы найдем какие количества реагирующих веществ приходятся на каждую единицу коэффициента, а также наглядно определим чего больше:
n _{на коэф.} H₂SO₄ / n _{на коэф.} Fe₂O₃ = (0,3 / 3) / (0,1 / 1) = 0,1 / 0,1

Следовательно, оба реагента прореагировали полностью, так как их количества на единицу коэффициента одинаковы.
По 1 уравнению: n Fe₂(SO₄)₃ = n Fe₂O₃ = 0,1 моль
n Na₂SO₃ = m Na₂SO₃ / M Na₂SO₃ = 12,6 / 126 = 0,1 моль 

Определим, какой из реагентов во второй реакции находится в недостатке, а какой в избытке, для этого поделим моли сульфата железа(III) и сульфита натрия на свои коэффициенты и установим соотношение, этим мы найдем какие количества реагирующих веществ приходятся на каждую единицу коэффициента, а также наглядно определим чего больше:
n _{на коэф.} Fe₂(SO₄)₃ / n _{на коэф.} Na₂SO₃ = (0,1 / 1) / (0,1 / 1) = 0,1 / 0,1

Следовательно, оба реагента прореагировали полностью, так как их количества на единицу коэффициента одинаковы.
По 2 уравнению: n Na₂SO₄ = n Na₂SO₃ = 0,1 моль
m Na₂SO₄ = n Na₂SO₄ * M Na₂SO₄ = 0,1 * 142 = 14,2 г
По 2 уравнению: n FeSO₄ = 2 * n Na₂SO₃ = 2 * 0,1 = 0,2 моль
m FeSO₄ = n FeSO₄ * M FeSO₄ = 0,2 * 152 = 30,4 г
По второму уравнению: n₂ H₂SO₄ = n Na₂SO₃ = 0,1 моль
m₂ H₂SO₄ = n₂ H₂SO₄ * M H₂SO₄ = 0,1 * 98 = 9,8 г 

m H₂O = m H₂O в р-ре H₂SO₄ + m₁ H₂O – m₂ H₂O

m H₂O в р-ре H₂SO₄ = m _р-ра H₂SO₄ – m H₂SO₄ = 117,6 – 29,4 = 88,2 г
По 1 уравнению: n₁ H₂O = n H₂SO₄ = 0,3 моль
m₁ H₂O = n₁ H₂O * M H₂O = 0,3 * 18 = 5,4 г
По 2 уравнению: n₂ H₂O = n Na₂SO₃ = 0,1 моль
m₂ H₂O = n₂ H₂O * M H₂O = 0,1 * 18 = 1,8 г

m _общ. H₂O = m H₂O в р-ре H₂SO₄ + m₁ H₂O – m₂ H₂O = 88,2 + 5,4 – 1,8 = 91,8 г

Найдем массу сульфата натрия, который может растворится в 91,8 г воды. Составим пропорцию:
Пусть m _{спос. к раствор.} Na₂SO₄ = x г, тогда
28 / 100 = x / 91,8
x = 25,7 г = m _{спос. к раствор.} Na₂SO₄. Сульфат натрия полностью растворяется в воде, так как в растворе находится меньше сульфата натрия, чем максимально может раствориться.

Найдем массу сульфата железа, который может растворится в 91,8 г воды. Составим пропорцию:
Пусть m _{спос. к раствор.} FeSO₄ = y г, тогда
29,5 / 100 = y / 91,8
y = 27,1 г = m _{спос. к раствор.} FeSO₄. Часть сульфата железа растворяется, а другая часть - выпадает в осадок, так как в растворе находится больше сульфата железа, чем максимально может раствориться.

m_осадок FeSO₄ = m FeSO₄ – 27,1 = 30,4 – 27,1 = 3,3 г
m _{кон. р-ра} = m _р-ра H₂SO₄ + m Fe₂O₃ + m Na₂SO₃ – m_осадок FeSO₄ = 117,6 + 16 + 12,6 – 3,3 = 142,9 г
w Na₂SO₄ = m Na₂SO₄ / m _{кон. р-ра} = 14,2 / 142,9 = 0,099 или 9,9%

Ответ: w Na₂SO₄ = 9,9%