Смесь содержит металлическую медь, оксиды меди (I) и (II). При реакции 1,42 г этой смеси с концентрированной соляной кислотой выделился осадок массой 0,071 г. При реакции же образца смеси массой 1,24 г с разбавленной серной кислотой выделилось 0,31 г осадка. Какова масса металлической меди, которую можно получить из 1 г исходной смеси?

Задача сложная, поскольку реакции меди и ее оксидов с кислотами зависят от многих условий.

1) Cu + Cu₂O + CuO + HCl (конц) ⇒?

На первый взгляд металлическая медь не изменится, а оксиды превратятся в хлориды - растворимый CuCl₂ и практически нерастворимый CuCl.

Однако металлическая медь растворяется в горячей соляной кислоте в присутствии кислорода и других окислителей с образованием CuCl:

4 Cu + 4 HCl + O₂ ⇒ 4 CuCl↓ + 2 H₂O

В горячей концентрированной соляной кислоте металлическая медь реагирует и с CuCl₂ (реакция конпропорционирования) :

Cu + CuCl₂ ⇒ 2 CuCl↓

Обе реакции могут существенно изменить соотношение Cu и CuCl в осадке. Но поскольку в задаче не говорится о нагреве, будем считать, что эти реакции не протекают.

Но есть еще одно обстоятельство.

CuCl практически нерастворим в воде. Однако в соляной кислоте он образует растворимое комплексное соединение:

CuCl↓ + HCl ⇒ H[CuCl₂]. Поскольку в условии сказано, что используется концентрированная кислота, можно предположить, что весь CuCl растворится. В итоге в осадке будет только металлическая медь Cu, которая изначально содержалась в образце смеси.

Масса осадка по условию 0,071 г. Значит, можно рассчитать массовую долю меди в смеси, разделив массу осадка (то есть меди) на массу первого образца смеси (1,42 г) :

w (Cu) = 0,071 г / 1,42 г = 0,05 = 5%

2) Cu + Cu₂O + CuO + H₂SO₄ (разб.) ⇒?

С разбавленной серной кислотой медь не реагирует. CuO в ней растворяется:

CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O

Cu₂O реагирует сложнее. Сначала, видимо, также образуется сульфат меди (I). Однако эта соль нестабильна и сразу же диспропорционирует до металлической меди и сульфата меди (II) :

Cu₂O + H₂SO₄ = Cu₂SO₄ + H₂O

Cu₂SO₄ = CuSO₄ + Cu↓

Суммарное уравнение:

Cu₂O + H₂SO₄ = CuSO₄ + Cu↓ + H₂O

В итоге, в осадке металлическая медь, которая присутствовала в смеси изначально, и медь, образовавшаяся из Cu₂O.

Поскольку массовая доля меди в смеси уже известна, можно вычислить, сколько ее было во втором образце и, соответственно, в осадке: 5%*1,24 г = 0,05*1,24 г = 0,062 г.

Тогда масса меди, образовавшейся из Cu₂O, равна 0,31 - 0,062 = 0,248 г.

M (Cu₂O) = 143,1 г/моль

M (Cu) = 63,6 г/моль

M (CuO) = 79,6 г/моль

Обратимся к уравнению реакции и рассчитаем массу Cu₂O, из которого образовалось 0,248 г Cu:

Cu₂O + H₂SO₄ = CuSO₄ + Cu↓ + H₂O

143,1 г 63,6 г

х г 0,248 г

х = 143,1*0,248 / 63,6 = 0,558 г

Рассчитаем массовую долю Cu₂O в смеси, разделив найденную массу Cu₂O во втором образце смеси (0,588 г) на массу второго образца смеси: w (Cu₂O) = 0,588 г / 1,24 г = 0,45 = 45%

Тогда массовая доля CuO равна:

w (CuO) = 100% - w (Cu) - w (Cu₂O) = 100% - 5% - 45% = 50% = 0.5

Итак, состав смеси:

Cu - 5%

Cu₂O - 45%

CuO - 50%

Возьмем для удобства расчетов 100 г этой смеси.

В этих 100 г содержится 5 г Cu, 45 г Cu₂O, 50 г CuO

Оксиды меди можно превратить в металлическую медь, восстановив или разложив их. Например, после второй реакции (с серной кислотой) получаем в осадке исходную медь и медь, получившуюся из Cu₂O.

Из оставшегося раствора CuSO₄ можно восстановить медь, например, с помощью электролиза.

Рассчитаем теоретически возможную массу меди, которую можно получить из 100 г смеси.

5 г Cu дают 5 г Cu

45 г Cu₂O дают х г Cu:

Cu₂O ⇒ 2 Cu

143,1 г 2*63,6 г

45 г х г

х = 45*2*63,6 / 143,1 = 40 г

50 г CuO дают у г Cu:

CuO ⇒ Cu

79,6 г 63,6 г

50 г у г

у = 50*63,6 / 79,6 = 40 г.

Итого получается меди: 5 + 40 + 40 = 85 г

Из 100 г смеси получается 85 г меди

Из 1 г смеси получается, соответственно, 0,85 г меди

Ответ: 0,85 г Cu