Задание 34 ЕГЭ по химии

Уравнения реакций:

[1] Fe2(SO4)3 + Cu = CuSO4 + 2FeSO4

[2] CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu

[3] CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2↓ + Na2SO4

[4] FeSO4 + 2NaOH = Fe(OH)2↓ + Na2SO4

По изменению массы железной пластинки (реакция 2): n(Cu) = n(CuSO4[2]) = n(Fe) = n(FeSO4[2]) = 0,16/(64−56) = 0,02 моль.

Пусть x моль — Fe2(SO4)3 в исходном растворе, тогда n(Cu(OH)2) = n(CuSO4[3]) = x−0,02; n(Fe(OH)2) = n(FeSO4[4]) = 2x+0,02.

m(Cu(OH)2) = (x−0,02)·98; m(Fe(OH)2) = (2x+0,02)·90.

(x−0,02)·98 + (2x+0,02)·90 = 10,96 → x = 0,04 моль.

m(Fe2(SO4)3) = 0,04·400 = 16 г; m(р-ра) = 52,4 + 0,16 − 64·0,04 = 50 г; ω(Fe2(SO4)3) = 16/50·100 = 32%.

Подробный разбор

Медь восстанавливает железо(III) до железа(II) и сама переходит в раствор; после фильтрования в растворе есть $CuSO_{4}$ и $FeSO_{4}$, и уже медь вытесняется железной пластинкой:

1. $Fe_{2}(SO_{4})_{3} + Cu = CuSO_{4} + 2FeSO_{4}$

2. $CuSO_{4} + Fe = FeSO_{4} + Cu$

3. $CuSO_{4} + 2NaOH = Cu(OH)_{2}\downarrow + Na_{2}SO_{4}$

4. $FeSO_{4} + 2NaOH = Fe(OH)_{2}\downarrow + Na_{2}SO_{4}$

Осадок из двух веществ означает, что после пластинки сульфат меди(II) остался, то есть в реакцию 2 он вступил не полностью — прореагировало столько, сколько показывает привес пластинки.

По уравнению 2 на 1 моль растворившегося железа осаждается 1 моль меди, поэтому каждый моль превращения утяжеляет пластинку на $64 - 56 = 8$ г/моль:

$n(Cu) = n(Fe) = n(CuSO_{4}\text{ по }2) = n(FeSO_{4}\text{ по }2) = 0{,}16 \text{ г} : 8 \text{ г/моль} = 0{,}02$ моль.

Пусть в исходном растворе было $x$ моль $Fe_{2}(SO_{4})_{3}$. Тогда по уравнению 1 образовалось $x$ моль $CuSO_{4}$ и $2x$ моль $FeSO_{4}$. После пластинки в растворе осталось $CuSO_{4}$: $(x - 0{,}02)$ моль, а $FeSO_{4}$ стало $(2x + 0{,}02)$ моль. По уравнениям 3 и 4 столько же моль каждого гидроксида:

$(x - 0{,}02) \cdot 98 \text{ г/моль} + (2x + 0{,}02) \cdot 90 \text{ г/моль} = 10{,}96 \text{ г}$

$278x = 11{,}12$; $x = 0{,}04$ моль.

$m(Fe_{2}(SO_{4})_{3}) = 0{,}04 \text{ моль} \cdot 400 \text{ г/моль} = 16$ г.

Массу исходного раствора получаем из конечной: по уравнению 1 в раствор вошло $m(Cu) = 0{,}04 \text{ моль} \cdot 64 \text{ г/моль} = 2{,}56$ г меди (столько же моль меди, сколько соли железа(III)), а на пластинке раствор потерял 0,16 г:

$m(\text{исх. р-ра}) = 52{,}4 \text{ г} + 0{,}16 \text{ г} - 2{,}56 \text{ г} = 50$ г.

$\omega(Fe_{2}(SO_{4})_{3}) = \dfrac{16 \text{ г}}{50 \text{ г}} \cdot 100\% = 32\%$

Ответ: 32 %.