Навеску железного купороса массой 60 г растворили в 200 мл воды, затем к раствору прибавили 200 мл 1М раствора серной кислоты. Половину полученного раствора оттитровали 0,5М раствором перманганата калия. На титрование пошло 43,2 мл перманганата. Другую половину раствора поместили в сосуд вместимостью 2 л, заполненный кислородом при давлении 99 кПа и температуре 25оС. Затем сосуд герметично закрыли и оставили до тех пор, пока давление в сосуде не перестало изменяться. Рассчитайте количество воды в формуле железного купороса. Определите молярную концентрацию соединений в сосуде после окончания изменения давления. Плотность раствора принять за единицу. Что будет происходить с последним раствором, если в него поместить медную пластинку?
Решение
При титровании раствора железного купороса перманганатом калия в кислой среде происходит реакция
5 Fe2+ + MnO4– + 8 H+ = 5 Fe3+ + Mn2+ + 4 H2O
n (MnO4–) = 0,0432.0,5 =0,0216 моль. Тогда n (FeSO4) = 0,108 моль.
В половине навески купороса было воды m(H2O) = 30 – 0,108.152 =13,584 г.
n (H2O) = 13,584/18 =0,755 моль.
n (FeSO4) /n (H2O) = 0,108/0,755 = 1:7
Состав железного купороса FeSO4.7H2O
Уравнение реакции в сосуде
4 FeSO4 + 2 H2SO4 + O2 = 2 Fe2(SO4)3 + 2 H2O
Определим, достаточно ли кислорода для этой реакции. Приведем объем кислорода к н. у.
V=1.79 л v(O2)=0.08 моль
Легко видно, что в реакцию с 0,108 моль сульфата железа (II) вступает 0,054 моль серной кислоты и 0,027 моль кислорода. Значит, кислород был взят в избытке. Расчет проводим по сульфату железа (II).
Серной кислоты в растворе было 0,1 моль, осталось 0,046 моль. Сульфата железа (III) получилось 0,054 моль.
Объем взятого раствора составляет (200+200)/2=200 мл, полученной в реакции водой можно пренебречь, т.к. ее объем всего лишь 0,0972 мл ( но ее можно и учесть).
Концентрации в полученном растворе сульфата железа (III)
0,054/0,2 = 0,27 моль/л, серной кислоты 0,046/0,2=0,23 моль/л.
Если к раствору добавить медь, то происходит ее окисление по реакции
Fe2(SO4)3 + Cu = CuSO4 + 2FeSO4
Учитывая, что кислород в избытке, возможно окисление
4 FeSO4 + 2 H2SO4 + O2 = 2 Fe2(SO4)3 + 2 H2O