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