15 g réz(II)-karbonátot 200 g 5,96 m/m%-os kénsavban feloldunk. Az így kapott oldatot szárazra pároljuk, úgy, hogy a kristályvizét ne veszítse el, így 30,3 g szilárd anyaghoz jutunk. ?

Reakcióegyenlet: CuCO3 + H2SO4 -> CuSO4 + H2CO3, vagyis réz(II)-karbonát + kénsav -> réz(II)-szulfát + szénsav. Ez egy "erősebb sav felszabadítja a sójából a gyengébb savat" típusú reakció, ahol az erősebb sav a kénsav, a gyengébb pedig a szénsav. Csakhogy a szénsav nem csak gyenge, hanem még bomlékony is, és vízre és szén-dioxidra bomlik: H2CO3 -> H2O + CO2, és ezért fog csökkenni az oldat tömege, mert a szén-dioxid kis buborékok alakjában kipezseg az oldatból.

Most megnézzük, hogy melyik anyag fogy el a reakció során, és melyik az, amelyik FELESLEGBEN van, és megmarad.

A reakcióegyenletből látható a legegyszerűbb 1:1 arány, vagyis 1 molekula réz(II)-karbonát szintén 1 molekula kénsavval reagál el.

De nem biztos, hogy a kiindulási anyagok anyagmennyisége is 1:1 arányú, ezért ezt ki kell számolni:

A réz(II)-karbonát anyagmennyisége:

M(CuCO3)=(63,5+12+3*16)g/mol=123,5 mol

n=m/M=15 g / (123,5 g/mol) =0,12 mol

És a kénsav anyagmennyisége:

m(oldott anyag)=m(oldat)*(m/m%/100%)=200 g * 0,0596 = 11,92 g

M(H2SO4)=(2*1+32+4*16)g/mol=98 g/mol

n=m/M= 11,92 g / (98 g/mol) = 0,12 mol.

Vagyis mivel az anyagmennyiségek aránya szintén 1:1, ezért mindkettő elreagál, és csak réz(II)-szulfát és szénsav, illetve réz(II)-szulfát és szén-dioxid és víz keletkezik.

Mivel az összes anyag (a kiindulási és a végtermékek is) aránya 1:1:1:1, illetve miután a szénsav elbomlott 1:1:1:1:1, így a végtermékekből is 0,12 mol keletkezik. Ezek tömege pedig:

M(CuSO4)=(63,5+32+4*16)g/mol=159,5 g/mol

m=n*M=0,12 mol * 159,5 g/mol = 19,14 g

M(H2O)=(2*1+16)g/mol = 18 g/mol

m=n*M=0,12 mol * 18 g/mol = 2,16 g

M(CO2)=(12+2*16)g/mol= 44 g/mol

m=n*M=0,12 mol * 44 g/mol = 5,28 g

De ez utóbbi gáz halmazállapotú, tehát távozik az oldatból, így ennyivel csökken az oldat tömege, vagyis 5,28 g-mal.

Mivel – szerencsére – sztöchiometrikus arányban (ami itt ugye 1:1) voltak jelen a kiindulási anyagok, így mind elreagáltak, tehát nem maradt kiindulási anyag feleslegben. A termékek közül a CO2 is eltávozik, a H2O-et pedig mi párologtatjuk el, vagyis a végén csak a CuSO4 marad ott és annak a kristályvize.

Mivel a CuSO4 tömege 19,14 g, ezért a kristályvíz tömege kiszámolható a 30,3 g és előbbi különbségéből:

m(kristályvíz)=m(CuSO4.?H2O)-m(CuSO4)=30,3 g – 19,14 g = 11,16 g

Most ahhoz, hogy megtudjuk, hogy egy „molekula” CuSO4 hány molekula kristályvízzel kristályosodik, ahhoz ki kell számolni a víz anyagmennyiségét is (a CuSO4-ét már tudjuk, az 0,12 mol).

n=m/M=11,16 g / (18 g/mol) = 0,62 mol

És így a kettő aránya:

n(kristályvíz)/n(CuSO4)=0,62 mol / (0,12 mol) = 5,166, vagyis kb. 5

Vagyis 1 „molekula” CuSO4 5 molekula kristályvízzel kristályosodik, vagyis a kristályvíztartalmú réz(II)-szulfát képlete: CuSO4.5H2O

A CuSO4 „molekulát” azért tettem zárójelbe, mert ez egy ionrácsos vegyület, vagyis nem alkot különálló molekulákat, de ettől még igaz, hogy 1 réz(II)-ionra, 1 szulfát-ion jut, és 5 vízmolekula.

Remélem érhető voltam, és kapok zöld kezet. :)