Химия, 9 класс

1. Реакции с серной кислотой:

Медь и железо реагируют с концентрированной серной кислотой при нагревании. Важно отметить, что реакция идет до образования солей трехвалентного железа:
2Fe + 6H₂SO₄ (конц.) → Fe₂(SO₄)₃ + 6H₂O + 3SO₂↑
Cu + 2H₂SO₄ (конц.) → CuSO₄ + 2H₂O + SO₂↑

2. Анализ условий задачи:
Масса концентрированной серной кислоты: 34 г
Масса соли после выпаривания: 12 г (Fe₂(SO₄)₃ + CuSO₄)
Массовая доля меди в смеси: 30% (ω(Cu) = 0.3)

3. Расчет массы меди:
Пусть масса смеси равна x г. Тогда масса меди в смеси:
m(Cu) = 0.3 * x

4. Расчет массы железа:
Масса железа в смеси:
m(Fe) = x - 0.3 * x = 0.7 * x

5. Молярные массы:
M(Cu) = 63.5 г/моль
M(Fe) = 56 г/моль
M(CuSO₄) = 160 г/моль
M(Fe₂(SO₄)₃) = 400 г/моль

6. Количество вещества меди и железа:
n(Cu) = (0.3 * x) / 63.5 моль
n(Fe) = (0.7 * x) / 56 моль = x / 80 моль

7. Количество вещества солей:
n(CuSO₄) = n(Cu) = (0.3 * x) / 63.5 моль
n(Fe₂(SO₄)₃) = n(Fe) / 2 = (x / 80) / 2 = x / 160 моль

8. Выражение для массы солей:
Масса смеси солей (CuSO₄ и Fe₂(SO₄)₃) равна 12 г:
m(CuSO₄) + m(Fe₂(SO₄)₃) = 12 г
n(CuSO₄) * M(CuSO₄) + n(Fe₂(SO₄)₃) * M(Fe₂(SO₄)₃) = 12 г
((0.3 * x) / 63.5) * 160 + (x / 160) * 400 = 12

9. Решение уравнения:
(48x / 63.5) + (400x / 160) = 12
0.7559x + 2.5x = 12
3.2559x = 12
x = 12 / 3.2559
x ≈ 3.69 г

10. Проверка по серной кислоте:
Теперь нужно проверить, достаточно ли 34 г серной кислоты для растворения такого количества меди и железа.
n(H₂SO₄) для реакции с медью = 2 * n(Cu) = 2 * (0.3 * 3.69) / 63.5 ≈ 0.0348 моль
n(H₂SO₄) для реакции с железом = 3 * n(Fe) = 3 * (3.69 * 0.7) / 56 ≈ 0.1386 моль
Общее количество H₂SO₄ = 0.0348 + 0.1386 = 0.1734 моль
M(H₂SO₄) = 98 г/моль
m(H₂SO₄) = 0.1734 * 98 ≈ 17.0 г
Так как 17.0 г серной кислоты требуется для реакции, а в условии дано 34 г, то серной кислоты достаточно.

Ответ:
Масса смеси медных и железных опилок составляет приблизительно 3.69 г.

Cu+2H2SO4=CuSO4+SO2+2H2O
n(CuSO4)=m(CuSO4)/M(CuSO4)=0,075 моль
Серная кислота в большом избытке(n(H2SO4)=m(H2SO4)/M(H2SO4)=0,347моль. 0,347>0,075), значит
n(Cu)=n(CuSO4)=0,075моль
m(Cu)=n(Cu) •M(Cu)=4,8г
m(смеси)=4,8г:0,3=16г
Ответ: 16г

Выше вроде бы всё верно, но я бы поставила на то, что железо-таки пассивируется (про нагревание-то ничего не сказано) и решала бы только для образования сульфата меди (ещё и фраза "масса соли" смущает).

Cu+2H2SO4 -> CuSO4+SO2+2H2O
Fe+H2SO4 -> пассивация

M(H2SO4) = 1*2+32+4*16 = 98 г/моль
n(H2SO4) = 34 г/98 г/моль = 0,35 моль

M(CuSO4) = 63,5+32+16*4 = 159,5 г/моль
Тогда 12 г - это масса только CuSO4, то есть m(CuSO4) = 12 г => n(CuSO4) = 12 г/159.5 г/моль = 0,075 моль = n(Cu)

По уравнению реакции на 0,075 моль Cu нужно 0,15 моль H2SO4 => H2SO4 в избытке.

m(Cu)=n(Cu)*M(Cu) = 0,075 моль * 63,5 г/моль = 4,8 г

w(Cu)=m(Cu)/m(смеси)*100% => m(смеси) = m(Cu)*100%/w(Cu) = 4,8 г *100%/30% = 16 г.

Ответ:16 г