Помогите пожалуйста разобраться с химической задачей из ЕГЭ
Через 100 мл р-ра с массовой долей сульфата меди ( 2) 1, 48% ( плотность 1, 08г/ мл) пропущено 320 мл сероводорода. Рассчитайте массу полученного осадка и массовую долю серной кислоты в полученном растворе.
Вот что мне не понятно. Формула массовой доли = массу р. вва/ массу р-ра. В решении к этой задачи масса раствора находится как масса р-ра CuSO4 + m ( H2S) - m (CuS). То что осадок вычитается- это понятно, но почему в этот раствор не входит серная кислота ?
А зачем Вам масса серной кислоты?
У вас есть раствор СuSO4, в в него "прилили" H2S, а осадок СuS удалили.
Получаем:
масса раствора + масса прилитого - масса отфильтрованного = масса оставшегося раствора (в нем и вода, и серная кислота и оставшийся избыток какого-либо вещества, если он конечно был).
Сначала решаем формально, "в лоб":
CuSO4 + H2S -----> Cu + H2SO4.
Масса исходного раствора 1,08*100=108 г,
Масса сульфата меди в исходном растворе 108*0,0148=1,5984 г, округленно 1,6 г.
Количество молей сульфата меди 1,6/160=0,01 моля.
Числа явно подобраны так, чтобы получилось ровно 0,01 моля, для этого достаточно, чтобы концентрация была 1,4815 %, или плотность была чуть выше, чем 1,08, например 1,08108 г/мл.
Итак, было ровно 0,01 моля CuSO4.
Количество молей пропущенного сероводорода 0,320/22,4=0,01429 моль (0,01429*34=0,486 г) . Сероводорода избыток, поэтому 0,01 моля (0,01*34=0,34 г) прореагируют, а 0,00429 моль (0,00429*34=0,146 г) останутся.
Сульфида меди образуется 0,01 моль или 0,01*96=0,96 г. Масса осадка 0,96 г
Серной кислоты образуется 001 моль или 0,01*98=0,98 г.
Масса полученного раствора (считая, что избыток сероводорода не растворяется) 108+0,34-0,96=107,38 г,
Массовая доля серной кислоты 0,98/107,38=0,009126467 или 0,913 %.
Масса полученного раствора (считая, что избыток сероводорода растворяется) 108+0,486-0,96=107,526 г,
Массовая доля серной кислоты 0,98/107,526=0,009114075 или 0,911 %.
В любом случае, после округления получается 0,91 %.
Теперь начинаем рассуждать.
Прежде всего о реакции. Известно, что сульфиды реагируют с кислотами с образованием соли новой кислоты и сероводорода. Вопрос: а пойдет ли вообще реакция?
Ищем свойства сульфидов меди.
В ссылке (http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2464.html) читаем: "Все меди сульфиды практически не раств. в воде, разб. H2SO4, соляной к-те, раств. в царской водке, HNO3".
0,91 %-ный раствор серной кислоты можно считать разбавленным, тогда приходим к выводу, что реакция пройдет и осадок сульфида меди выпадет.
Второй вопрос - растворится ли избыток сероводорода? Ищем свойства сероводорода.
Смотрим в Википедии (http://ru.wikipedia.org/wiki/Сероводород): растворимость сероводорода в воде: 0,25 г в 100 мл при 40 °C. Вряд ли реакция проводится при 40 градусах Цельсия. Смотрим в другой ссылке (http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/4033.html):
Растворимость газообразного H2S в воде (% по массе, 0,1 МПа) : 0,694 (0°С) , 0,378 (20 °С) , 0,232 (40 °С) , 0,076 (80 °С) ; или 4,37 (О °С) и 2,91 (20 °С) объемов Н2 S на 1 объем воды.
У нас конечно не вода, а 0,91 %-ный раствор серной кислоты, но вряд ли эти 0,91 % серной кислоты скажутся на растворимости сероводорода. Итак, получаем, что избыток сероводорода растворится в полученном растворе. Хотя результат практически не зависит от того, растворится избыток сероводорода или нет, все равно 0,91 %, я хотел показать сам подход к решению подобного рода задач.
CuSO4+H2S=CuS+H2SO4
масса раствора равно объем на плотность:
m = 100 * 1.08 = 108 гр
Масса сульфата в растворе рано масса раствора на массовую долю и разделить на 100:
108 * 0,0148 = 1,5984 гр
Количество сульфата равно масса / молярная масса
1,5984 / 160 = 0,0999 моль
Количество сероводорода равно объем на молярный объем:
320/22,4 = 14,29 моль
Явно что сероводород в избытке и расчеты нада вести по сульфату!
Реакция эквимольная, т. е. количество осадка будет так же 0,0999 моль или 0,0999 * 96(молярная масса сульфида) = 9,54 гр.
Масса серной кислоты будет 0,0999 * 98 = 9,79 гр.
При реакции масса раствора уменьшилась на массу осадка, т. е. 108 - 9,54 = 98,46 гр.
Массовая доля серной кислоты 9,79 / 98,46 = 0,0994 или 9,94%
Возможно где то ошибся так как решал на скорую руку)) )
PS^ Кроме того если учитывать растворение сероводорода в растворе то цифры будут совсем другие!
Прав Albert Wesker, а не Димедрол (во всяком случае, для ЕГЭ) .
CuSO4+H2S=CuS+H2SO4
H2S не просто пропустили через раствор, он еще и прореагировал с CuSO4.
Поэтому m (р-ра 2) = m (р-ра CuSO4) + m (H2S) - m (CuS)
Это было для ЕГЭ. Теперь по существу.
Я согласна с мыслью Димедрола о плохой растворимости сероводорода в воде.
Но в этом случае надо прибавить не массу всего сероводорода, а массу прогеагировавшего сероводорода.
m (р-ра 2) = m (р-ра CuSO4) + m (H2S вступившего в реакцию) - m (CuS)
Вот этой точностью устроители ЕГЭ и пренебрегают, считая, что поглотится весь сероводород.
Исходят из того, что школьники должны знать, что р-р сероводорода в воде - сероводородная кислота, а вот растворимостью его пренебрегают.
Т. е. чтобы получить совсем точный ответ надо:
m (р-ра 2) = m (р-ра CuSO4) + m (H2S вступившего в р-цию) + m (H2S растворившегося) - m (CuS)
Интересно было бы посчитать, велика ли разница во всех этих трех вариантах.
Для ЕГЭ - первый случай
Теперь ответ на вопрос
"почему в этот раствор не входит серная кислота ?"
Она входит в раствор, только ее не извне добавили, она состоит из Н (+) (пришел из H2S, массу которого мы учли) и SO4(2-)
(пришли от CuSO4, масса которого тоже уже учтена) .
Поэтому еще раз массу Н2SO4 добавлять не нужно.
А массу осадка вычитаем всегда, потому что осадок в состав раствора не входит (другая фаза)