50 медный купорос массой 25 г растворили в воде. в результате получили раствор объемом 200 см3. к этому раствору добавили 400 см3 раствора гидроксида калия, содержащего 0,5 моль растворенного вещества в 1 дм3 раствора. полученную смесь кипятили до полного завершения реакции. выпавший осадок отфильтровали, высушили и взвесили. объем фильтрата (раствора, полученного после фильтрования) оказался равным 400 см3 напишите молекулярные и ионные уравнения протекающих реакций. определите массу образовавшегося осадка. укажите основную причину, по которой объем фильтрата (400 см3) значительно меньше суммы объемов взаимодействующих растворов (200 см3 + 400 см3 = 600 см3). рассчитайте число ионов металла в фильтрате. определите массу раствора барий хлорида с массовой долей растворенного вещества, равной 5,2 %, который необходимо добавить к пробе фильтрата объемом 160 см3, чтобы в полученном растворе число сульфат ионов стало в 1,5 раза больше числа хлорид ионов?
CuSO₄ * 5 H₂O + 2 KOH = Cu(OH)₂ ↓ + K₂SO₄ + 5 H₂O
Cu(OH)₂ ↓ = CuO ↓ + H₂O
Суммарное уравнение монокулярное:
CuSO₄ * 5 H₂O + 2 KOH = CuO↓ + K₂SO₄ + 6H₂O
полное ионное:
Cu²⁺ + SO₄²⁻ + 2 K⁺ + 2 OH⁻ = CuO↓ + 2 K⁺ + SO₄²⁻ + H₂O
краткое ионное:
Cu²⁺ + 2 OH⁻ = CuO↓ + H₂O
CuSO₄ * 5 H₂O + 2 KOH = CuO↓ + K₂SO₄ + 6H₂O
0,1 моль 0,2 моль 0,1 моль 0,1 моль
M(CuSO₄*5 H₂O) = 159,61+ 5*18.02 = 249,71 г/моль
M(KOH) = 56,1 г/моль
M(CuO) = 79.54 г/моль
С(KOH) = 0.5 моль/л
V(KOH) = 400 мл = 0,4 л
n(CuSO₄ * 5 H₂O) = m/M = 25/249.71 = 0.1001 ≈ 0,1 моль
n(KOH) = CV = 0.4 л * 0,5 моль/л = 0,2 моль
Реагенты добавлены в эквивалентном количестве, нет ни избытка, ни недостатка. Расчеты ведем по уравнению.
Количество вещества осадка CuO равно 0,1 моль.
Масса осадка m(CuO) = 0.1 моль*M(CuO) = 0,1 моль*79.54 г/моль =
= 7,954 г
Объем фильтрата (400 мл) меньше суммы объемов взаимодействующих растворов (600 мл) потому, что часть воды остается в осадке и в материале фильтра. Кроме того, часть воды теряется из-за испарения при кипячении.
В 400 мл фильтрата содержится только вода (считаем, что весь CuO остался на фильтре) и 0,1 моль K₂SO₄ или 0,2 моль ионов калия K⁺ (ионов K⁺ в два раза больше, чем частиц K₂SO₄). Число ионов K⁺ равно количеству вещества ионов калия (0,2 моль), умноженному на постоянную Авогадро Nₐ (6,02*10²³ моль⁻¹):
N(K⁺) = n(K⁺) * Nₐ = 0.2 моль * 6,02*10²³ моль⁻¹ ≈ 1,2*10²³
При добавления раствора BaCl₂ к фильтрату, содержащему K₂SO₄, выпадет осадок сульфата бария BaSO₄.
K₂SO₄ + BaCl₂ = BaSO₄↓ + 2 KCl
Рассчитаем количество вещества K₂SO₄
В 400 мл фильтрата содержится 0,1 моль K₂SO₄
В 160 мл фильтрата содержится х моль K₂SO₄
х = 160*0,1/400 = 0,04 моль
При прибавлении к 160-миллилитровой порции фильтрата 0,04 моль BaCl₂ сульфат-ион был бы практически полностью осажден.
Поэтому хлорида бария нужно добавить меньше, чем 0,04 моль. Величину этого недостатка обозначим за у. Вновь обратимся к уравнению реакции осаждения. Весь хлорид бария израсходовался, и в результате образовалось эквивалентное количество сульфата бария и хлорида калия. Остался непрореагировавший избыток K₂SO₄.
K₂SO₄ + BaCl₂ = BaSO₄↓ + 2 KCl + K₂SO₄ (избыток)
0,04 моль (0,04-у) моль (0,04-у) моль 2*(0.04-у) у моль
Число (или количество вещества) сульфат-ионов должно быть в 1,5 раза выше числа хлорид-ионов:
у
= 1,5
2*(0,04-у)
у = 3 (0,04-у)
у = 0,12 - 3у
4у = 0,12
у = 0,03 моль
Значит, количество вещества BaCl₂ должно быть 0,04-0,03= 0,01 моль
А масса BaCl₂ должна быть n(BaCl₂)*M(BaCl₂) =
= 0.01 моль * 208.23 г/моль = 2,0823 г.
В то же время эта масса BaCl₂ должна содержаться в растворе массой m(раствор) с массовой долей w=5.2%. Массовая доля BaCl₂ выражается:
w = 2,0823/m(раствор) = 5,2% = 0,052
Отсюда m(раствор) = 2,0823/0,052 = 40,04 ≈ 40 г