Задание №34 — Типы расчётных задач
В две колбы налили по 350 г концентрированной азотной кислоты. Затем во вторую колбу добавили 250 г воды. В каждой колбе растворили по кусочку меди. При этом объём бурого газа, выделившегося в первой колбе, оказался равным объёму бесцветного газа, выделившегося во второй колбе. (Считать, что в результате реакций в каждой из колб образовался только один из газов.) Газ, выделившийся в первой колбе, поглотили раствором гидроксида калия. При этом все вещества прореагировали полностью и образовалось 375,6 г раствора с массовой долей атомов водорода 8,36%. Вычислите массовую долю соли в растворе, полученном после растворения меди во второй колбе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи,
и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).
Проверка решения с помощью ИИ доступна авторизованным пользователям
Решение. В концентрированной азотной кислоте медь даёт бурый NO2, в разбавленной — бесцветный NO. Бурый газ поглощается щёлочью с образованием сразу двух солей — нитрата и нитрита калия.
Уравнения реакций:
Cu + 4HNO3 (конц.) → Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O
3Cu + 8HNO3 (разб.) → 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O
2NO2 + 2KOH → KNO3 + KNO2 + H2O
1. Поглощение бурого газа. Пусть n(NO2) = 2z моль. Тогда по уравнению n(KOH) = 2z моль, n(KNO3) = n(KNO2) = z моль. В конечном растворе водород содержится только в воде, а его общая масса сохраняется.
Обозначим массу раствора щёлочи A г; в нём 112z г KOH и (A − 112z) г воды.
m(H) = 1 г/моль · [2z моль (из KOH) + 2(A − 112z)/18 моль (из воды)] = 2z + (A − 112z)/9;
по условию m(H) = 375,6 г · 0,0836 = 31,4 г, значит 18z + A − 112z = 282,6, то есть A − 94z = 282,6.
Масса раствора: A + 46 · 2z = 375,6, то есть A = 375,6 − 92z.
375,6 − 92z − 94z = 282,6 → 186z = 93 → z = 0,5.
n(NO2) = 2z = 1 моль; A = 329,6 г.
Проверка: m(KNO3) = 0,5 · 101 = 50,5 г, m(KNO2) = 0,5 · 85 = 42,5 г, воды 375,6 − 50,5 − 42,5 = 282,6 г; m(H) = 2 · 282,6/18 = 31,4 г, что даёт 31,4/375,6 = 8,36 % — совпадает.
2. Переход ко второй колбе. Объёмы газов равны, а измерены при одинаковых условиях, поэтому равны и количества вещества:
n(NO) = n(NO2) = 1 моль.
3. Вторая колба. По уравнению с разбавленной кислотой на 2 моль NO приходится 3 моль Cu и 3 моль соли:
n(Cu) = 1,5 · n(NO) = 1,5 моль; m(Cu) = 1,5 моль · 64 г/моль = 96 г;
n(Cu(NO3)2) = 1,5 моль; m = 1,5 моль · 188 г/моль = 282 г;
m(NO) = 1 моль · 30 г/моль = 30 г.
4. Масса раствора во второй колбе. Он состоит из исходной кислоты, добавленной воды и растворившейся меди, минус улетевший газ:
m(раствора) = 350 г + 250 г + 96 г − 30 г = 666 г.
5. Искомая величина.
w(Cu(NO3)2) = 282 г / 666 г = 0,4234, то есть 42,34 %.
Ответ: w(Cu(NO3)2) ≈ 42,3 %.
Источник: ФИПИ