Задание №34
Массовая доля элемента азота в смеси нитратов свинца(II) и калия
составляет 0,0972. При нагревании навески этой смеси до постоянства массы выделяется 4,48 л (н.у.) кислорода. Такую же навеску смеси растворили
в 320 г воды и в полученный раствор добавили 250 мл раствора иодида калия с концентрацией 1,2 моль/л. Плотность всех растворов примите равной 1г/мл. Рассчитайте массовую долю нитрат-ионов в полученном растворе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи,
и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения и обозначения искомых физических величин).
Проверка решения с помощью ИИ доступна авторизованным пользователям
Решение. Уравнения реакций:
2Pb(NO3)2 → (t°) 2PbO + 4NO2↑ + O2↑
2KNO3 → (t°) 2KNO2 + O2↑
Pb(NO3)2 + 2KI → PbI2↓ + 2KNO3
Состав навески. Пусть n(Pb(NO3)2) = x моль, n(KNO3) = y моль.
Кислород даёт каждая из солей: по первому уравнению x/2 моль, по второму y/2 моль:
(x + y)/2 = 4,48 л / 22,4 л/моль = 0,2 моль → x + y = 0,4 моль.
Массовая доля азота (в Pb(NO3)2 два атома N, в KNO3 один):
14(2x + y) / (331x + 101y) = 0,0972.
Решая систему, получаем x = 0,2 моль, y = 0,2 моль.
Проверка: m(навески) = 0,2 · 331 + 0,2 · 101 = 66,2 + 20,2 = 86,4 г; m(N) = 14 · (0,4 + 0,2) = 8,4 г; 8,4 / 86,4 = 0,0972 — совпадает.
Реакция с иодидом калия. n(KI) = 0,25 л · 1,2 моль/л = 0,3 моль; m(р-ра KI) = 250 мл · 1 г/мл = 250 г.
На 0,2 моль Pb(NO3)2 требуется 2 · 0,2 = 0,4 моль KI, а есть 0,3 моль — иодид калия в недостатке, расчёт осадка ведём по нему:
n(PbI2) = 0,3 моль / 2 = 0,15 моль, m = 0,15 моль · 461 г/моль = 69,15 г.
Нитрат-ионы. Осадок уносит только ионы Pb2+ и I−, а все нитрат-ионы остаются в растворе; их количество равно тому, что было внесено с навеской:
n(NO3−) = 2 · 0,2 моль + 0,2 моль = 0,6 моль,
m(NO3−) = 0,6 моль · 62 г/моль = 37,2 г.
Масса раствора. m(р-ра) = 86,4 г + 320 г + 250 г − 69,15 г = 587,25 г.
ω(NO3−) = 37,2 г / 587,25 г = 0,0633, или 6,33 %.
Ответ: ω(NO3−) ≈ 6,33 %.
Источник: ФИПИ