Условие
Железную пластинку опустили в раствор сульфата меди(II). Когда в реакцию вступило 5,6 г железа, пластинку вынули, промыли и высушили. Запишите уравнение реакции, объясните, почему реакция идёт именно в этом направлении, и определите, как изменилась масса пластинки. Пойдёт ли реакция, если вместо сульфата меди взять сульфат цинка?
Что известно и что ищем
- Известна масса железа, вступившего в реакцию, и состав раствора.
- Ищем уравнение, объяснение направления реакции и изменение массы пластинки.
- Ключ: масса пластинки меняется потому, что уходящий металл и осаждающийся металл имеют разные молярные массы.
Ход решения
- Шаг 1. Записываем уравнение: Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu. Железо отдаёт два электрона (восстановитель), медь принимает два электрона (окислитель, она в составе соли).
- Шаг 2. Объясняем направление через ряд напряжений. Железо стоит левее меди, значит оно активнее и вытесняет медь из раствора её соли. Обратная реакция не идёт: медь правее и вытеснить железо не может.
- Шаг 3. Переводим массу железа в количество вещества. Молярная масса железа — 56 г/моль, значит 5,6 г соответствуют 0,1 моль.
- Шаг 4. Считаем, сколько меди осело. По уравнению количества вещества железа и меди одинаковы, значит осело тоже 0,1 моль меди, а её молярная масса — 64 г/моль, то есть 6,4 г меди.
- Шаг 5. Находим изменение массы. Ушло 5,6 г железа, прибавилось 6,4 г меди, значит масса пластинки выросла на 0,8 г и стала 5,8 г. Важно: прирост считаем по разности, а не по массе осевшей меди целиком.
- Шаг 6. Отвечаем на последний вопрос. С сульфатом цинка реакция не пойдёт: цинк стоит левее железа, поэтому вытеснять будет цинк, а не железо. Это тот же принцип, только в другую сторону.
- Шаг 7. Формулируем общий вывод: правило одно — металл левее вытесняет металл правее из раствора его соли; всё остальное (наблюдения, расчёты) выводится из него.
Проверь себя
- Ответ: Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu; масса пластинки выросла на 0,8 г и составила 5,8 г; с сульфатом цинка реакция не пойдёт.
- Проверка вывода: количества вещества взяты из уравнения, прирост массы посчитан как разность между осевшей медью и растворившимся железом.
- Ловушка: решить, что масса выросла на 6,4 г. Часть массы — это ушедшее железо, поэтому сравнивать нужно разницу.
Как объяснить ребёнку
«Пластинка — как кошелёк, из которого ушла одна монета, а пришла другая, потяжелее. Считать нужно не только приход, а разницу между приходом и расходом. И ещё: в очереди металлов побеждает тот, кто стоит левее, — как в игре, где сильный забирает ход у слабого».
Тема для отчёта родителю
«Ряд напряжений металлов: направление вытеснения и расчёт изменения массы».
Формулировка задания — наш аналог по теме, а не текст из учебника.