Цинковая пластинка массой 10 г была помещена в раствор сульфата меди(II). После окончания реакции пластинку вынули из раствора, промыли, высушили и взвесили. Масса пластинки оказалась равной 9,9 г. Объясните изменение массы пластинки и рассчитайте начальную массу сульфата меди(II) в растворе.
Для начала разберемся, что происходит в ходе реакции. Цинк, будучи более активным металлом, чем медь, вытесняет медь из ее соли (сульфата меди) по следующей химической реакции:
[ Zn + CuSO_4 → ZnSO_4 + Cu ]
Цинк реагирует с сульфатом меди(II), превращаясь в сульфат цинка, при этом медь осаждается в твердом виде.
По условию задачи, начальная масса цинковой пластинки составляла 10 г, а после реакции – 9,9 г. Изменение массы пластинки на 0,1 г указывает на то, что часть цинка перешла в раствор в форме ионов ( Zn^{2+} ), а на пластинке осела медь. Таким образом, масса высвободившейся меди меньше массы растворившегося цинка, что привело к уменьшению массы пластинки.
Чтобы рассчитать начальную массу сульфата меди в растворе, необходимо знать количество вещества сульфата меди, которое прореагировало. Это количество равно количеству цинка, ушедшего в реакцию. Исходя из изменения массы цинковой пластинки, можно найти массу растворенного цинка и соответствующее количество молей.
Молярная масса цинка ( Zn ) составляет приблизительно 65,38 г/моль. Если масса цинка, ушедшая в реакцию, составила 0,1 г, то количество молей цинка:
[ n_{Zn} = \frac{0,1 \text{ г}}{65,38 \text{ г/моль}} \approx 0,00153 \text{ моль} ]
Так как стехиометрия реакции 1:1, то количество молей сульфата меди(II), участвующего в реакции, также составляет примерно 0,00153 моль.
Молярная масса сульфата меди(II) ( CuSO_4 ) составляет примерно 159,61 г/моль. Таким образом, начальная масса сульфата меди(II) в растворе:
[ m_{CuSO4} = n{CuSO4} \times M{CuSO_4} = 0,00153 \text{ моль} \times 159,61 \text{ г/моль} \approx 0,244 г ]
Итак, начальная масса сульфата меди в растворе составила приблизительно 0,244 г.
Изменение массы пластинки произошло из-за того, что цинк реагировал с ионами меди(II) в растворе, образуя цинковый сульфат и медь. Цинк, будучи более активным металлом, вытеснил медь из ее соединения, что привело к образованию осадка меди на поверхности пластинки.
Рассчитаем количество меди, которая была выделена на пластинке. Масса меди, образовавшейся на пластинке, равна разности между начальной массой пластинки и ее конечной массой: Медь = 10 г - 9,9 г = 0,1 г.
Теперь найдем количество сульфата меди(II) в растворе. Масса меди, которая образовалась на пластинке, соответствует массе меди, которая была растворена в растворе сульфата меди(II), так как произошла обратимая реакция. Молярная масса меди равна 63,5 г/моль, поэтому количество молей меди равно: Медь = 0,1 г / 63,5 г/моль = 0,0016 моль.
Так как соединение сульфата меди(II) имеет формулу CuSO4, то количество молей сульфата меди(II) также равно 0,0016 моль. Молярная масса сульфата меди(II) равна 159,6 г/моль, следовательно, начальная масса сульфата меди(II) в растворе равна: Масса сульфата меди(II) = 0,0016 моль * 159,6 г/моль = 0,256 г.
Таким образом, начальная масса сульфата меди(II) в растворе составляла 0,256 г.
