Задание №34 — Типы расчётных задач
При нагревании образца нитрата магния часть вещества разложилась. В результате образовался твёрдый остаток, который разделили на две части. Первую часть массой 39,6 г обработали 410 г 30%-ного раствора гидроксида натрия. При этом массовая доля щёлочи в растворе уменьшилась до 25 %. Вычислите массовую долю кислоты в растворе, полученном при полном растворении второй части твёрдого остатка массой 158,4 г в 525 г 30%-ного раствора азотной кислоты.
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. Твёрдый остаток после частичного разложения нитрата магния — это смесь MgO и оставшегося Mg(NO3)2. Со щёлочью реагирует только нитрат (оксид магния в растворе NaOH не растворяется), поэтому первая часть даёт состав остатка, а состав у обеих частей одинаков.
Уравнения реакций:
2Mg(NO3)2 → (t°) 2MgO + 4NO2↑ + O2↑
Mg(NO3)2 + 2NaOH → Mg(OH)2↓ + 2NaNO3
MgO + 2HNO3 → Mg(NO3)2 + H2O
1. Первая часть. Пусть в ней a моль MgO и b моль Mg(NO3)2:
40a + 148b = 39,6 (г).
m(NaOH) исходно = 410 г · 0,3 = 123 г; израсходовано 80b г (2 моль NaOH на 1 моль соли).
Оксид магния не растворяется, а в раствор входит нитрат (148b г) и из него уходит осадок Mg(OH)2 (58b г):
m(раствора) = 410 + 148b − 58b = 410 + 90b (г).
w(NaOH) = (123 − 80b)/(410 + 90b) = 0,25 → 123 − 80b = 102,5 + 22,5b → 102,5b = 20,5 → b = 0,2 моль.
40a = 39,6 − 0,2 · 148 = 39,6 − 29,6 = 10 → a = 0,25 моль.
2. Вторая часть. Состав остатка одинаков, а масса второй части больше в
158,4 г / 39,6 г = 4 раза, значит в ней:
n(MgO) = 4 · 0,25 = 1 моль; n(Mg(NO3)2) = 4 · 0,2 = 0,8 моль.
3. Растворение в азотной кислоте.
m(HNO3) = 525 г · 0,3 = 157,5 г; n(HNO3) = 157,5 г / 63 г/моль = 2,5 моль.
С кислотой реагирует только MgO: n(HNO3) = 2 · 1 = 2 моль (нитрат магния просто переходит в раствор). Кислоты взято 2,5 моль, то есть она в избытке, и остаток растворяется полностью:
n(HNO3) осталось = 2,5 − 2 = 0,5 моль; m(HNO3) = 0,5 моль · 63 г/моль = 31,5 г.
4. Масса раствора и искомая величина. Газ не выделяется, осадка нет:
m(раствора) = 158,4 г + 525 г = 683,4 г;
w(HNO3) = 31,5 г / 683,4 г = 0,0461, то есть 4,61 %.
Ответ: w(HNO3) ≈ 4,61 %.
Источник: ФИПИ