Из 60 г медного купороса (CuSO₄·5H₂O) приготовили 12%-ный раствор и пропускали через него сероводород до тех пор, пока масса раствора не стала равной 307,6 г. Вычислите массовую долю серной кислоты в конечном растворе.

Дано:

\(m(\mathrm{CuSO_4\cdot5H_2O})=60\) г;

\(w_0(\mathrm{CuSO_4\cdot5H_2O})=12\%\);

\(m_\text{конечного раствора}=307.6\) г.

Найти: \(w(\mathrm{H_2SO_4})\).

Масса исходного раствора:

\(m_0=\dfrac{60\cdot100}{12}=500\) г.

Масса воды в исходном растворе:

\(m(\mathrm{H_2O})=500-60=440\) г.

Уравнение реакции:

\(\mathrm{CuSO_4+H_2S\rightarrow CuS\downarrow+H_2SO_4}\).

Количество вещества медного купороса:

\(M(\mathrm{CuSO_4\cdot5H_2O})=250\) г/моль;

\(n(\mathrm{CuSO_4\cdot5H_2O})=\dfrac{60}{250}=0.24\) моль.

По уравнению реакции образуется \(0.24\) моль серной кислоты:

\(M(\mathrm{H_2SO_4})=98\) г/моль;

\(m(\mathrm{H_2SO_4})=0.24\cdot98=23.52\) г.

Из раствора удаляется осадок сульфида меди:

\(M(\mathrm{CuS})=64+32=96\) г/моль;

\(m(\mathrm{CuS})=0.24\cdot96=23.04\) г.

Масса пропущенного сероводорода:

\(M(\mathrm{H_2S})=34\) г/моль;

\(m(\mathrm{H_2S})=0.24\cdot34=8.16\) г.

Масса конечного раствора равна массе исходного раствора плюс масса поглощённого сероводорода минус масса осадка:

\(m_\text{конечного раствора}=500+8.16-23.04=485.12\) г.

Следовательно, указанная в условии масса \(307.6\) г не согласуется с описанной реакцией и данными задачи. При расчёте по химическому смыслу процесса масса раствора должна быть \(485.12\) г.

Массовая доля серной кислоты:

\(w(\mathrm{H_2SO_4})=\dfrac{23.52}{485.12}\cdot100\%\approx4.85\%\).

Ответ: \(w(\mathrm{H_2SO_4})\approx4.85\%\). В условии, вероятно, опечатка: масса конечного раствора должна быть около \(485.1\) г, а не \(307.6\) г.