Номер 500, страница 76 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

500. Рассчитайте число электронов, перешедших от цинка к ионам меди $Cu^{2+}$ к окончанию реакции, после того как цинковую пластину массой 345 мг опустили в избыток водного раствора сульфата меди(II).

Дано:

Масса цинковой пластины $m(Zn) = 345 \text{ мг}$

Раствор сульфата меди(II) $CuSO_4$ в избытке.

$m(Zn) = 345 \text{ мг} = 345 \cdot 10^{-3} \text{ г} = 0.345 \text{ г}$

Найти:

Число электронов, перешедших от цинка к ионам меди - $N_e$.

Решение:

Когда цинковую пластину опускают в раствор сульфата меди(II), происходит окислительно-восстановительная реакция замещения. Цинк, как более активный металл, вытесняет медь из ее соли. При этом атомы цинка окисляются (отдают электроны), а ионы меди восстанавливаются (принимают электроны).

Уравнение реакции в молекулярной форме:

$Zn + CuSO_4 \rightarrow ZnSO_4 + Cu$

Чтобы увидеть переход электронов, запишем сокращенное ионное уравнение:

$Zn^0 + Cu^{2+} \rightarrow Zn^{2+} + Cu^0$

Из этого уравнения видно, что каждый атом цинка отдает 2 электрона иону меди. Это можно представить в виде двух полуреакций:

Окисление: $Zn^0 - 2e^- \rightarrow Zn^{2+}$

Восстановление: $Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu^0$

Следовательно, на 1 моль прореагировавшего цинка приходится 2 моля переданных электронов.

1. Найдем количество вещества (в молях) цинка, вступившего в реакцию. Поскольку раствор сульфата меди взят в избытке, вся цинковая пластина прореагирует полностью. Молярная масса цинка $M(Zn) \approx 65.38 \text{ г/моль}$.

$n(Zn) = \frac{m(Zn)}{M(Zn)} = \frac{0.345 \text{ г}}{65.38 \text{ г/моль}} \approx 0.005277 \text{ моль}$

2. Рассчитаем количество вещества электронов ($n(e^-)$), которые перешли от атомов цинка к ионам меди. Согласно стехиометрии процесса, количество молей электронов в два раза больше количества молей цинка:

$n(e^-) = 2 \cdot n(Zn) = 2 \cdot 0.005277 \text{ моль} \approx 0.010554 \text{ моль}$

3. Найдем общее число перешедших электронов ($N_e$), используя постоянную Авогадро $N_A = 6.022 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1}$.

$N_e = n(e^-) \cdot N_A = 0.010554 \text{ моль} \cdot 6.022 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1} \approx 6.355 \cdot 10^{21} \text{ электронов}$

Округлим результат до трех значащих цифр, так как исходные данные (масса) даны с тремя значащими цифрами.

Ответ:

Число электронов, перешедших от цинка к ионам меди, составляет $6.36 \cdot 10^{21}$.