Здравствуйте, уважаемые читатели!
В этой статье я хочу рассмотреть интересную задачу (№ 354)из сб. И.Ю.Белавина 2006 г. Задача насыщена усложнениями: здесь и атомистика (через количества ионов), и растворимость безводных солей и кристаллогидратов, и молярность (относительно новый для школьников способ выражения концентрации). Особый интерес вызывает то, что выпадение осадка в ходе реакции происходит не столько из-за химических процессов (РИО), сколько вследствие физических свойств медного купороса (относительно низкой его растворимости).
Тем не менее, если разбираться с задачей последовательно, формируя в каждом действии фундамент (показатели соответствующего материального потока) для последующих действий, задача выглядит вполне решабельной.
Итак, задача 354 из сб.И.Ю.Белавина 2006 года:
Определите молярные концентрации ионов, присутствующих в растворе, полученном после смешения равных объемов насыщенных растворов нитрата меди (плотность 1,5 г/мл) и сульфата лития (плотность 1,3 г/мл) и удаления выпавшего осадка медного купороса, если известно, что коэффициенты растворимости в данных условиях нитрата меди, сульфата лития и медного купороса равны 1252, 344 и 207 г/л(Н2О) соответственно, а плотность конечного раствора равна 1,4 г/мл.
Решение.
1. Характеристика исходных растворов
Пусть объемы взятых насыщенных растворов Cu(NO3)2 и Li2SO4= 1л, тогда:
a)m рра Cu(NO3)2 =1,5*1000=1500 г,
W Cu(NO3)2=1252/(1252+1000)=1252/2252,
m Cu(NO3)2=1500*1252/2252=834 г
n Cu(NO3)2=834/188=4,436 моль
n Cu2+=4,436 моль, n NO3-=2*4,436=8,872 моль
б) m рра Li2SO4=1,3*1000=1300 г,
W Li2SO4=344/(344+1000)=344/1344,
m Li2SO4=1300*344/1344=332,74 г
n Li2SO4=332,74 /110=3,025 моль
n Li +=2*3,025 =6,05моль, n SO4 2-=3,025 моль
2. Характеристика реакционной смеси (до отделения осадка):
А) m смеси= 1500+1300=2800 г
Б) состав смеси:
n Cu2+=4,436 моль
n Li +=6,05моль
n NO3-=8,872 моль
n SO4 2-=3,025 моль
m Н2О=2800-m Cu(NO3)2- m Li2SO4=2800-834-332,74=1633,26 г
в) Поскольку указано, что из раствора выпадает в осадок CuSO4*5H2O, найдем характеристики КГ в смеси:
Cu(NO3)2+ Li2SO4= CuSO4+2LiNO3
CuSO4+5H2O= CuSO4*5H2O
nобщ CuSO4= n SO4 2- (т.к. SO4 2- в недостатке)= 3,025 моль
nобщ CuSO4*5H2O =3,025 моль
mобщ CuSO4*5H2O =3,025*250=756,25 г
3.Найдем массы и количества выпавшего в осадок CuSO4*5H2O
А) Пусть m CuSO4*5H2O (осадок)=х г,
тогда m H2O в КГ=х*90/250=0,36х; m H2O в получ.рре=1633,26-0,36 х г
б) Используя информацию о растворимости КГ, выразим m CuSO4*5H2O, оставшегося в растворе (у):
в 1000 г Н2О растворяется 207 г КГ
в (1633,26-0,36 х ) растворяется у г КГ, откуда у=338,085-0,0745х
в) Используя информацию об общей массе КГ в реакционной смеси (п.2 в), составим уравнение:
х+у=х+338,085-0,0745х=338,085+0,9255х=756,25, откуда х= 451,83г
n CuSO4*5H2O (осадок)= 451,83/250=1,807 моль
4.Найдем состав полученного рра:
А) m рра=2800-х=2800-451,83=2348,17 г
Vрра=2348,17/1400=1,677л
Б) n рр Cu2+= n исх Cu 2+- n CuSO4*5H2O (осадок)=4,436-1,807= 2,629 моль
n рр SO4 2-= n исх SO4 2- - n CuSO4*5H2O (осадок)=3,025-1,807= 1,218 моль
n рр Li += n исх Li +=6,05моль
n рр NO3-= n исх NO3-=8,872 моль
в) Найдем молярные концентрации ионов :
См Cu2+=2,629/1,677=1,567 моль/л (у автора 1,524 моль/л)
См SO4 2-=1,218 /1,677=0,726 моль/л (у автора 0,677 моль/л)
См Li +=6,05 /1,677=3,607моль/л (у автора 3,642 моль/л)
См NO3-=8,872 /1,677=5,29моль/л (у автора 5,337 моль/л)
P.S. Как можно увидеть, полученные ответы не совпадают с ответами автора. Со своей стороны хочу отметить, что решала задачу двумя разными способами и вышла на одинаковые ответы. На каждом этапе решения осуществлялись разного рода проверки (на электронейтральность, на баланс сульфат-ионов).
Заранее благодарна за конструктивные замечания и дополнения.
Всего доброго!