Question

O placuta de fier cu masa de 7,5 g este introdusa in 200g de solutie de CuSO4 40%. Determinati:
a.cu cat scade concentratia solutiei de CuSO4, daca dupa un anumit timp, masa placutei creste cu 10%
b. reprezentarea conventionala si procesele care au loc la electrozii unei pile electrice care functioneaza pe baza reactiei ce are loc.

Answer 1

a). Eu as rezolva asa.

Mase atomice relative rotunjite: pentru Fe este 56 u.m.; pentru Cu este 64 u.m.
Masa molara a CuSO4 este 1*64 + 1*32 + 4*16 = 160(g/mol).

Fe este mai electropozitiv decat Cu si ilinlocuieste pe acesta din CuSO4. O parte din Fe trece in solutie ca si FeSO4, iar Cu inlociut de Fe se depune pe placuta.

Foarte important: cresterea masei placutei reprezinta diferenta dintre masa de Cu depus si masa de Fe trecut in solutie ca FeSO4 !

Notam cu x(g) - masa de Fe reactionat si cu y(g) - masa de Cu depus pe placuta.

Cresterea masei placutei este de 10%, deci masa placutei va fi 7,5 + 10*7,5/100 = 7,5 + 0,75 = 8,25(g).

Deci diferenta de 8,25 - 7,5 = 0,75(g) reprezinta diferenta dintre masa de Cu depus si cea de Fe reactionat.

Deci putem scrie o prima relatie:
y - x = 0,75                                              (1)

O alta relatie intre x si y o gasim din stoechiometria ecuatiei reactiei chimice:

Fe  +  CuSO4  =>  FeSO4  +  Cu

Daca din 1*56 g Fe rezulta 1*64 g Cu
Atunci din x g Fe vor rezulta y g Cu

y = 64x/56 = 8x/7(g Cu).

Inlocuim in (1) expresia lui y:

y - x = 0,75
8x/7 - x = 0,75
x = 7*0,75; x = 5,25(g Fe).
y = x + 0,75; y = 5,25 + 0,75; y = 6(g Cu).

Deci, dupa un timp de pe placuta au trecut in solutie 5,25 g Fe si s-au depus pe placuta 6 g Cu.

Masa dizolvata de CuSO4 din solutia adaugata la inceput este:

c = 100*md/ms, de unde md = c*ms/100 = 40*200/100 = 80(g CuSO4).

Masa de apa din solutia de CuSO4 adaugata la inceput este: ms - md = 200 - 80 = 120(g apa).

Sa vedem acum ce masa de CuSO4 s-a consumat pentru depunerea a 6 g Cu.

Fe  +  CuSO4  =>  FeSO4  + Cu

Daca din 1*160 g CuSO4 rezulta 1*64 g Cu
Atunci din  z g CuSO4 vor rezulta 6 g Cu

z = 6*160/64 = 15(g CuSO4).

Asadar au reactionat 15 g CuSO4 anhidru din cele 80 g CuSO4 anhidru introduse la inceput.

Deci raman nereactionate: 80 - 15 = 65(g CuSO4 anhidru).

Masa de apa este aceeasi, adica 120 g apa, deoarece apa n-a luat parte la reactie.

Acum am o nelamurire.

 La sfarsit solutia este formata din FeSO4 format, CuSO4 nereactionat(65 g) si apa adaugata la inceput cu solutia de CuSO4(120 g apa).  Avand doua substante dizolvate(CuSO4 si FeSO4) si un singur solvent(apa), cel mai corect ar fi sa calculez compozitia procentuala masica a amestecului rezultat.

Asta ar insemna sa calculez masa de FeSO4 rezultata, din stoechiometria reactiei chimice.

Masa molara a FeSO4 este 1*56 + 1*32 + 4*16 = 152(g/mol).

Daca din 1*56 g Fe rezulta 1*152 g FeSO4
Atunci din 5,25 g Fe vor rezulta t g FeSO4

t = 5,25*152/56 = 14,25(g FeSO4).

Atunci masa solutiei la sfarsit ar fi: 14,25 + 65 + 120 = 199,25(g solutie).

Atunci procentul de CuSO4 nereactionat din solutia obtinuta la sfarsit ar fi:

65*100/199,25 = aprox. 32,62233 = aprox. 32,62(g CuSO4).
Asta ar inseamna, cred,  o scadere a concentratiei solutiei de CuSO4 de la 40% la 32,62%, adica o scadere de 7,38%. Desi nu prea e corect termenul concentratie, deoarece 32,62% reprezinta, repet, procentul masic de CuSO4 din amestecul rezultat.

Insa (a doua varianta), daca prin concentratia solutiei de CUSO4 ramasa la sfarsit se intelege doar masa de CuSO4 ramasa(adica 65 g CuSO4) in 120 g solvent, atunci masa solutiei la sfarsit este 65 + 120 = 185(g solutie), iar concentratia va fi:

c = 65*100/185 = aprox, 35,135139 = aprox. 35,14.
Deci in aceasta situatie scaderea concentratiei solutiei de CuSO4 este de la 40% la 35,14%, adica o scadere de 4,88%.
In acest caz n-am luat insa in calcul masa de FeSO4 rezultata din reactie.

Daca vrei, intreaba pe profesorul de chimie la ce scadere se refera cerinta problemei: deci se calculeaza procentul masic de CuSO4 din solutia rezultata(cand se ia in calcul  si  masa de FeSO4 formata), sau se tine cont doar de cele 65 g CuSO4 in 120 g apa. Eu n-as vrea sa-ti dau o rezolvare gresita, de aceea cred ca ar fi mai bine sa intrebi profesorul de chimie despre acest aspect al interpretarii cerintei problemei.

b).

Anodul reprezinta un electrod de Fe cufundat intr-o solutie de FeSO4, iar catodul un electrod de Cu cufundat intr-o solutie de CuSO4.
Procesele ce au loc la electrozi:

La anod are loc oxidarea:  (-)  Fe   --> Fe2+  +  2e
La catod are loc reducerea:  (+)  Cu2+  +  2e  --->  Cu

Bilantul celor doua procese este: Fe  +  Cu2+  --->  Fe2+  +  Cu

Reprezentarea conventionala a respectivei pile galvanice este:

Fe | Fe2+ |  |  Cu2+ | Cu

Verifica si tu, mai ales partea cu concentratia CuSO4 de la sfarsit. As fi curios sa stiu si eu cum se interpreteaza corect enuntul problemei si care este rezolvarea corecta pentru scaderea concentratiei solutiei de CuSO4.