Номер 15, страница 216 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 45. Медь. Глава 4. Металлы побочных подгрупп - номер 15, страница 216.

Условие.

15. Для растворения одного и того же образца меди необходимо 100 г $98\%$-го раствора серной кислоты или 200 г концентрированной азотной кислоты. Рассчитайте концентрацию азотной кислоты.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(\text{р-ра } H_2SO_4) = 100 \text{ г}$

$\omega(H_2SO_4) = 98\% = 0.98$

$m(\text{р-ра } HNO_3) = 200 \text{ г}$

Найти:

$\omega(HNO_3) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции меди с концентрированной серной кислотой и найдем количество вещества меди, которое вступает в реакцию.

Сначала рассчитаем массу чистой серной кислоты в растворе:

$m(H_2SO_4) = m(\text{р-ра } H_2SO_4) \cdot \omega(H_2SO_4) = 100 \text{ г} \cdot 0.98 = 98 \text{ г}$

Теперь найдем количество вещества серной кислоты. Молярная масса серной кислоты $M(H_2SO_4) = 2 \cdot 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 98 \text{ г/моль}$.

$n(H_2SO_4) = \frac{m(H_2SO_4)}{M(H_2SO_4)} = \frac{98 \text{ г}}{98 \text{ г/моль}} = 1 \text{ моль}$

Уравнение реакции:

$Cu + 2H_2SO_4(\text{конц.}) \rightarrow CuSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O$

По уравнению реакции, на 1 моль меди расходуется 2 моль серной кислоты. Следовательно, количество вещества меди, вступившей в реакцию, в 2 раза меньше количества вещества кислоты:

$n(Cu) = \frac{1}{2} n(H_2SO_4) = \frac{1}{2} \cdot 1 \text{ моль} = 0.5 \text{ моль}$

2. Так как по условию для растворения одного и того же образца меди требуется либо серная, либо азотная кислота, количество вещества меди в обеих реакциях одинаково ($n(Cu) = 0.5 \text{ моль}$). Запишем уравнение реакции меди с концентрированной азотной кислотой и найдем массу чистой азотной кислоты.

Уравнение реакции:

$Cu + 4HNO_3(\text{конц.}) \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 2H_2O$

По уравнению реакции, на 1 моль меди расходуется 4 моль азотной кислоты. Найдем количество вещества азотной кислоты:

$n(HNO_3) = 4 \cdot n(Cu) = 4 \cdot 0.5 \text{ моль} = 2 \text{ моль}$

Рассчитаем массу чистой азотной кислоты. Молярная масса азотной кислоты $M(HNO_3) = 1 + 14 + 3 \cdot 16 = 63 \text{ г/моль}$.

$m(HNO_3) = n(HNO_3) \cdot M(HNO_3) = 2 \text{ моль} \cdot 63 \text{ г/моль} = 126 \text{ г}$

3. Теперь мы можем рассчитать массовую долю (концентрацию) азотной кислоты в исходном растворе.

$\omega(HNO_3) = \frac{m(HNO_3)}{m(\text{р-ра } HNO_3)} \cdot 100\% = \frac{126 \text{ г}}{200 \text{ г}} \cdot 100\% = 0.63 \cdot 100\% = 63\%$

Ответ: массовая доля азотной кислоты в растворе составляет 63%.