de acuerdo a la reacción :CU+H2SO4-»CUSO4 + H2 se hace reaccionar 3 litros de una solución de H2SO4 cuya p=1.48g/mL y el 60% en peso de H2SO4 con la cantidad necesaria de cobre si la reaccion tiene una eficiencia del 90% ,determine la masa de CuSO4 y el volumen de hidrógeno a CN
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Respuestas
El primer paso es hallar la masa de ácido que reacciona.
Se tiene 60 gramos H₂SO₄ en 100 gramos de solución. Utilizando el dato de densidad se halla a cuantos ml equivalen.
V = m / d = 100 g / 1,48 g/ml = 67,57 ml
masa H₂SO₄ = 60 g / 67,57 ml x 3000 ml (3 l)
masa H₂SO₄ = 2663,9 g
Según la reacción planteada, 1 mol de ácido da 1 mol de CuSO₄. Con las masas molares:
98 gramos de H₂SO₄ dan 159,5 de CuSO₄ por lo que 2663,9 g de ácido darán x gramos de sal:
x = 2663,9 . 159,5 / 98
x = 4335,63 gramos de sal si el rendimiento fuera del 100 %.
Para 90 %
masa CuSO₄ = 0,90 . 4335,63 g = 3902,1 g
Para determinar el volumen de H₂ que se genera se tiene en cuenta que 1 mol de ácido produce 1 mol de H₂.
En este caso las moles de ácido son:
n = masa / PM = 2663,9 g / 98 g/mol = 27,18 mol
Como el rendimiento es del 90 % se obtienen
0,90 . 27,18 mol H₂ = 24,46 mol H₂
En condiciones normales el volumen de 1 mol de un gas es 22,4 litros.
Entonces el volumen de H₂ obtenido es
24,46 mol x 22,4 l/mol = 547,9 l H₂
- De la reacción dada:
Cu + H2SO4 → CuSO4 + H2
- Por cada mol de H2SO4 que reaccionan con 1 mol de Cu, se forma 1 mol de Sulfato de cobre y 1 mol de Hidrógeno.
- La cantidad disponible de H2SO4 en los 3L de solución al 6% en peso, se determina a partir de la densidad (ϱ= 1.48 g/mL)
ϱ = masa (m)/Volumen (V) → m = ϱ x V
m = 1.48 g/mL x 3L(1000 mL/1L) → m = 4440 g
- Debido a que la solución está al 60% en peso significa que la cantidad en g de H2S04 concentrado es:
m H2SO4 = 4440 g x 0.60 → mH2SO4 = 2664 g
- Con esta cantidad de H2SO4 calculamos la cantidad de moles dividiendo entre el peso molecular del H2SO4= 98 g/mol
n = m/PM → n =2664 g/98 g/mol → nH2SO4 = 27.18 moles
- Quiere decir que con 27,18 moles de H2SO4 y sabiendo que por cada mol que reacciona se se forma 1 mol de CuSO4, se requieren obtienen la siguiente cantidad de moles de CuSO4
nCuSO4 = 27.18 moles H2SO4 x 1 mol CuSO4/1mol H2SO4
→ nCuSO4 = 27.18 moles.
- Como la reacción tiene solo una eficiencia del 90%, entonces la cantidad de CuSO4 que se forma es:
nCuSO4 (90%) = 27.18 moles x 0,9
→ nCuSO4 (90%) = 24.46 moles.
- La cantidad de CuSO4 que se forma en masa , se obtiene multiplicando por el peso molecular del CUSO4 (PM= 160 g/mol)
mCuSO4 = 24.46 moles x 160 g/mol
→ mCuSO4 = 3913.6 g
- El volumen de H2 que se forma a condiciones Normales (P = 1 atm, T = 0°C = 273°K), se obtiene aplicando la Ley de los Gases (R = 0.08206 atm.L/mol°K):
PV = nRT→ V = nRT/P
- El número de moles de H2 que se obtiene de la reacción es igual al número de moles de CuSO4
N H2 = 24.46 moles
- Entonces , el volumen de Hidrógeno, es:
-VH2 = 24.46 moles x 0.08206 atm.L/mol °K x 273°K/1atm
→ VH2 = 547.96 L