Какая масса сульфида меди(II) была сожжена в атмосфере кислорода, если её навеска составляла 14,4 г? Какой объем газа

Taras

39

Решением задачи будет следующий план:

1. Найдем массу сульфида меди(II), которая была сожжена в атмосфере кислорода.
2. Найдем объем газа, выделенного на аноде после электролиза раствора.
3. Найдем массу полученного раствора после электролиза.
4. Рассчитаем массовые доли веществ в полученном растворе.

Теперь давайте приступим к решению задачи по шагам.

Шаг 1: Расчет массы сульфида меди(II), сожженного в атмосфере кислорода.

Уравнение реакции сгорания сульфида меди(II):

\[
\begin{align*}
\text{CuS} + \frac{3}{2}\text{O}_2 &\rightarrow \text{CuO} + \text{SO}_2\\
\end{align*}
\]

По уравнению реакции видно, что для каждого моля сульфида меди(II) требуется \(\frac{3}{2}\) моля кислорода.

Молярная масса сульфида меди(II) (CuS) вычисляется как сумма молярных масс меди (Cu) и серы (S):

\[
\begin{align*}
\text{Молярная масса CuS} &= \text{Молярная масса Cu} + \text{Молярная масса S}\\
&= 63.546 \, \text{г/моль} + 32.06 \, \text{г/моль}\\
&= 95.606 \, \text{г/моль}
\end{align*}
\]

Чтобы найти количество вещества (моли) сульфида меди(II), используем формулу:

\[
\text{Количество вещества CuS} = \frac{\text{Масса CuS}}{\text{Молярная масса CuS}}
\]

Подставим известные значения:

\[
\text{Количество вещества CuS} = \frac{14.4 \, \text{г}}{95.606 \, \text{г/моль}}
\]

Рассчитаем количество вещества CuS:

\[
\text{Количество вещества CuS} \approx 0.1508 \, \text{моль}
\]

Теперь рассчитаем количество вещества кислорода:

\[
\text{Количество вещества O}_2 = \frac{3}{2} \times \text{Количество вещества CuS}
\]

\[
\text{Количество вещества O}_2 = \frac{3}{2} \times 0.1508 \, \text{моль}
\]

\[
\text{Количество вещества O}_2 \approx 0.2262 \, \text{моль}
\]

Молярная масса кислорода (O₂) равна 32.00 г/моль.

Теперь найдем массу кислорода (O₂):

\[
\text{Масса O}_2 = \text{Количество вещества O}_2 \times \text{Молярная масса O}_2
\]

\[
\text{Масса O}_2 = 0.2262 \, \text{моль} \times 32.00 \, \text{г/моль}
\]

\[
\text{Масса O}_2 \approx 7.236 \, \text{г}
\]

Ответ: Масса сульфида меди(II), сожженного в атмосфере кислорода, составляет около 7.236 г.

Шаг 2: Расчет объема газа, выделенного на аноде после электролиза раствора.

Уравнение реакции электролиза:

\[
\text{2CuO} \rightarrow \text{2Cu} + \text{O}_2
\]

По уравнению реакции видно, что для каждых 2 молей CuO выделяется 1 моль кислорода.

Так как после сжигания осталась масса сульфида меди(II), полученная в результате сжигания, рассчитаем количество вещества CuO с помощью его массы и молярной массы.

Молярная масса CuO составляет сумму молярных масс меди (Cu) и кислорода (O):

\[
\begin{align*}
\text{Молярная масса CuO} &= \text{Молярная масса Cu} + \text{Молярная масса O}\\
&= 63.546 \, \text{г/моль} + 16.00 \, \text{г/моль}\\
&= 79.546 \, \text{г/моль}
\end{align*}
\]

Чтобы найти количество вещества CuO, используем формулу:

\[
\text{Количество вещества CuO} = \frac{\text{Масса CuO}}{\text{Молярная масса CuO}}
\]

Подставим известные значения:

\[
\text{Количество вещества CuO} = \frac{7.236 \, \text{г}}{79.546 \, \text{г/моль}}
\]

Рассчитаем количество вещества CuO:

\[
\text{Количество вещества CuO} \approx 0.0911 \, \text{моль}
\]

Теперь найдем количество вещества кислорода:

\[
\text{Количество вещества O}_2 = \frac{1}{2} \times \text{Количество вещества CuO}
\]

\[
\text{Количество вещества O}_2 = \frac{1}{2} \times 0.0911 \, \text{моль}
\]

\[
\text{Количество вещества O}_2 \approx 0.0456 \, \text{моль}
\]

Так как 1 моль газа при нормальных условиях занимает 22.4 литра, рассчитаем объем кислорода:

\[
\text{Объем O}_2 = \text{Количество вещества O}_2 \times 22.4 \, \text{л/моль}
\]

\[
\text{Объем O}_2 = 0.0456 \, \text{моль} \times 22.4 \, \text{л/моль}
\]

\[
\text{Объем O}_2 \approx 1.02144 \, \text{л}
\]

Ответ: Объем газа, выделенного на аноде после электролиза раствора, составляет примерно 1.02144 литра.

Шаг 3: Расчет массы полученного раствора после электролиза.

Масса полученного раствора будет равна сумме массы остаточной массы сульфида меди(II) и массы кислорода, выделенного на аноде.

\[
\text{Масса раствора} = \text{Масса CuS} + \text{Масса O}_2
\]

\[
\text{Масса раствора} = 7.236 \, \text{г} + 1.02144 \, \text{г} \approx 8.25744 \, \text{г}
\]

Ответ: Масса полученного раствора после электролиза составляет около 8.25744 г.

Шаг 4: Расчет массовых долей веществ в полученном растворе.

Для расчета массовых долей веществ в растворе, разделим массу каждого компонента на общую массу раствора и умножим на 100%.

Массовая доля CuS:

\[
\text{Массовая доля CuS} = \frac{\text{Масса CuS}}{\text{Масса раствора}} \times 100\%
\]

\[
\text{Массовая доля CuS} = \frac{7.236 \, \text{г}}{8.25744 \, \text{г}} \times 100\%
\]

\[
\text{Массовая доля CuS} \approx 87.66\%
\]

Массовая доля O₂:

\[
\text{Массовая доля O}_2 = \frac{\text{Масса O}_2}{\text{Масса раствора}} \times 100\%
\]

\[
\text{Массовая доля O}_2 = \frac{1.02144 \, \text{г}}{8.25744 \, \text{г}} \times 100\%
\]

\[
\text{Массовая доля O}_2 \approx 12.34\%
\]

Ответ: Массовая доля сульфида меди(II) в растворе составляет около 87.66%, а массовая доля кислорода составляет примерно 12.34%.