В колбу с горячей 90%-ной серной кислотой внесли смесь меди и оксида железа(II). После полного растворения смеси в кислоте масса раствора в колбе увеличилась на 12.0 г. Точно такую же навеску исходной смеси внесли в другую колбу с горячим 90%-ным раствором азотной кислоты. После полного растворения смеси масса раствора в колбе увеличилась на 5.0 г. Определите массу навески исходной смеси.

Для решения задачи воспользуемся законом сохранения массы и химическими уравнениями реакций.

В первом случае исходная смесь реагирует с серной кислотой:

Cu + FeO -> CuSO4 + FeSO4

Молярная масса CuSO4 = 63.55 + 32.06 + 416.00 = 159.55 г/моль

Молярная масса FeSO4 = 55.85 + 32.06 + 416.00 = 151.91 г/моль

Масса полученных соединений будет равна массе раствора после реакции:

m(CuSO4) + m(FeSO4) = 12.0 г

Во втором случае исходная смесь реагирует с азотной кислотой:

3Cu + 8HNO3 -> 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

Молярная масса Cu(NO3)2 = 63.55 + 214.01 + 616.00 = 241.60 г/моль

Масса полученного соединения будет равна массе раствора после реакции:

m(Cu(NO3)2) = 5.0 г

Из уравнения реакции видно, что на одну моль меди приходится три моля кислоты:

3Cu + 8HNO3 -> 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

1 моль Cu -> 3 моль HNO3

Таким образом, количество меди в исходной смеси можно выразить через количество азотной кислоты:

n(Cu) = m(Cu(NO3)2) / M(Cu(NO3)2) = 5.0 г / 241.60 г/моль ≈ 0.0207 моль

n(HNO3) = 3 * n(Cu) = 0.0621 моль

Из уравнения реакции с серной кислотой видно, что на одну моль меди приходится один моль оксида железа:

Cu + FeO -> CuSO4 + FeSO4

1 моль Cu -> 1 моль FeO

Количество меди в первом эксперименте можно также выразить через количество оксида железа:

n(Cu) = m(CuSO4) / M(CuSO4) = (12.0 г / 159.55 г/моль) ≈ 0.0753 моль

n(FeO) = n(Cu) = 0.0753 моль

Таким образом, масса исходной смеси равна массе меди и оксида железа:

m(Cu) + m(FeO) = n(Cu) * M(Cu) + n(FeO) * M(FeO)