Номер 11, страница 224 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 48. Цинк. Глава 4. Металлы побочных подгрупп - номер 11, страница 224.

Условие.

11. В раствор азотной кислоты внесли кусочек цинка. После полного растворения металла к полученному раствору добавили щёлочь и раствор нагрели до полного прекращения выделения газа. Выделившийся газ может полностью восстановить 28,8 г оксида меди (II). Рассчитайте массу цинка.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(CuO) = 28,8$ г

Найти:

$m(Zn)$ - ?

Решение:

Задача описывает последовательность химических превращений. Проанализируем каждый этап.

1. В раствор азотной кислоты внесли цинк. Цинк - активный металл, который при реакции с азотной кислотой может восстанавливать азот до разных степеней окисления. То, что при последующем добавлении щёлочи и нагревании выделяется газ, указывает на образование нитрата аммония ($NH_4NO_3$) в растворе. Это характерная реакция для активных металлов с очень разбавленной азотной кислотой. Уравнение реакции:

$4Zn + 10HNO_3 \rightarrow 4Zn(NO_3)_2 + NH_4NO_3 + 3H_2O$

2. К полученному раствору, содержащему нитрат цинка ($Zn(NO_3)_2$) и нитрат аммония ($NH_4NO_3$), добавили щёлочь (например, $NaOH$) и нагрели. При этом происходит качественная реакция на ион аммония, в результате которой выделяется аммиак ($NH_3$):

$NH_4NO_3 + NaOH \xrightarrow{t} NH_3 \uparrow + NaNO_3 + H_2O$

3. Выделившийся газ (аммиак) прореагировал с оксидом меди(II), восстанавливая его до металлической меди. Уравнение реакции:

$2NH_3 + 3CuO \xrightarrow{t} N_2 + 3Cu + 3H_2O$

Теперь проведем расчеты, двигаясь от конца к началу процесса.

Найдем количество вещества оксида меди (II), вступившего в реакцию. Молярная масса $CuO$:

$M(CuO) = 64 + 16 = 80$ г/моль

Количество вещества $CuO$:

$n(CuO) = \frac{m(CuO)}{M(CuO)} = \frac{28,8 \text{ г}}{80 \text{ г/моль}} = 0,36$ моль

По уравнению реакции (3) найдем количество вещества аммиака ($NH_3$), которое потребовалось для восстановления оксида меди(II). Соотношение количеств веществ $NH_3$ и $CuO$ равно 2:3.

$n(NH_3) = \frac{2}{3} \cdot n(CuO) = \frac{2}{3} \cdot 0,36 \text{ моль} = 0,24$ моль

По уравнению реакции (2) видно, что количество вещества выделившегося аммиака равно количеству вещества нитрата аммония в растворе. Соотношение 1:1.

$n(NH_4NO_3) = n(NH_3) = 0,24$ моль

По уравнению реакции (1) найдем количество вещества цинка, которое прореагировало с азотной кислотой. Соотношение количеств веществ $Zn$ и $NH_4NO_3$ равно 4:1.

$n(Zn) = 4 \cdot n(NH_4NO_3) = 4 \cdot 0,24 \text{ моль} = 0,96$ моль

Наконец, рассчитаем массу исходного кусочка цинка. Молярная масса $Zn$:

$M(Zn) = 65$ г/моль

Масса цинка:

$m(Zn) = n(Zn) \cdot M(Zn) = 0,96 \text{ моль} \cdot 65 \text{ г/моль} = 62,4$ г

Ответ: масса цинка равна 62,4 г.