Задание №1
Для проведения электролиза взяли навеску пентагидрата сульфата меди (II) и приготовили его насыщенный раствор, через который пропускали электрический ток до тех пор, пока отношение количества атомов водорода к атомам кислорода в растворе не стало равным 185:100. Для нейтрализации получившегося раствора использовали 300 г 10%-ного нашатырного спирта. При этом выпало 11,2 г осадка, а свободных катионов меди в растворе не осталось. Вычислите растворимость безводного сульфата меди (II) при данной температуре.
Ответ
(1) CuSO₄ . 5H₂O = CuSO₄ + 5H₂O
(2) 2CuSO₄ + 2H₂O = 2Cu + O₂ + 2H₂SO₄
(3) H₂SO₄ + 2NH₃ . H₂O = (NH₄)₂SO₄ + H₂O

n NH₃(общий) = 300 . 0,1 / 17 = 1,76 моль

Учитывая, что в результате добавления в раствор нашатырного спирта выпал осадок, делаем вывод о том, что после электролиза осталась часть сульфата меди.

(4) CuSO₄ + 2NH₃ . H₂O = (NH₄)₂SO₄ + Cu(OH)₂


n Cu(OH)₂ = 11,2 / 98 = 0,11 моль
n CuSO₄(ост.) = n Cu(OH)₂ = 0,11 моль
n NH₃(4) = 2n Cu(OH)₂ = 0,22 моль

n NH₃ (3) = n NH₃(общий) – n NH₃(4)
n NH₃ (3) = 1,76 – 0,22 = 1,54 моль
n H₂SO₄ (3) = 0,5n NH₃(3) = 0,77 моль

Так как в задаче указано, что в результате реакции катионов водорода не осталось, делаем вывод, что вся серная кислота, полученная в реакции (2), прореагировала с нашатырным спиртом

По условию дано, что соотношение атомов водорода к атомам кислорода в растворе 185:100. Атомы водорода содержит оставшаяся в растворе вода и полученная в результате электролиза серная кислота. Атомы кислорода содержит оставшаяся в растворе вода, полученная в результате электролиза серная кислота, оставшийся сульфат меди.

Для дальнейшего решения введем переменные.
Пусть n Н₂O(изначальное) будет x, тогда n O будет x, а n H будет 2x
Пусть n CuSO₄(прореаг.) = y, тогда n Н₂O(прореаг.) и n H₂SO₄ будет y, n H в H₂SO₄ будет 2y, а n O в CuSO₄ (прореаг.) и в H₂SO₄ = 4y

(2х – 2y + 2y) / (x – y + 4y + 4 . 0,11) = 185 / 100

Учитывая, что n H₂SO₄ = 0,77 моль, а n CuSO₄(прореаг.) = n H₂SO₄, y = 0,77

Подставим значение y в уравнение:

2х /(x + 2,31 + 0,44) = 185 / 100
х = 33,92 моль
n Н₂O (изначальное) = 33,92 моль
m H₂O (изначальная) = 33,92 . 18 = 610,56 г

n CuSO₄ (общее) = 0,11 + 0,77 = 0,88 моль
m CuSO₄ = 0.88 . 160 = 140.8 г

Найдем растворимость безводного сульфата меди:

140.8 г – 610.56 г
x – 100 г

x = 23.06 г

растворимость CuSO₄ = 23.06 г на 100 г воды