Номер 7, страница 413 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 8. Металлы. Параграф 57. Железо - номер 7, страница 413.

Условие.

7. Железную пластину погрузили в раствор медного купороса. По окончании реакции масса пластины увеличилась на $1,6 \text{ г}$. Какой объём $90\%$-ной азотной кислоты (плотность $1,48 \text{ г/мл}$) потребуется для снятия медного покрытия?

Решение.

Решение 2.

Дано

$\Delta m_{пластины} = 1,6 \text{ г}$

$\omega(HNO_3) = 90\% = 0,9$

$\rho(р-ра \ HNO_3) = 1,48 \text{ г/мл}$

Найти:

$V(р-ра \ HNO_3) - ?$

Решение

1. Сначала рассмотрим реакцию между железной пластиной и раствором медного купороса (сульфата меди II). Железо, как более активный металл, вытесняет медь из её соли.

Уравнение реакции:

$Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu$

Из уравнения видно, что 1 моль железа растворяется, а 1 моль меди осаждается на пластине. Масса пластины увеличивается, так как молярная масса меди ($M(Cu) \approx 64 \text{ г/моль}$) больше молярной массы железа ($M(Fe) \approx 56 \text{ г/моль}$).

Пусть в реакцию вступило $\text{x}$ моль железа. Тогда на пластине осело $\text{x}$ моль меди.

Масса растворившегося железа: $m(Fe) = n(Fe) \cdot M(Fe) = x \cdot 56 \text{ г}$.

Масса осевшей меди: $m(Cu) = n(Cu) \cdot M(Cu) = x \cdot 64 \text{ г}$.

Изменение массы пластины ($\Delta m_{пластины}$) равно разности массы осевшей меди и массы растворившегося железа:

$\Delta m_{пластины} = m(Cu) - m(Fe) = 64x - 56x = 8x$

По условию задачи, масса пластины увеличилась на 1,6 г. Найдем количество вещества $\text{x}$:

$1,6 \text{ г} = 8x$

$x = 1,6 / 8 = 0,2 \text{ моль}$

Таким образом, на пластине образовалось медное покрытие количеством вещества $n(Cu) = 0,2 \text{ моль}$.

2. Далее необходимо снять это медное покрытие с помощью 90%-ной азотной кислоты. Так как кислота концентрированная, реакция с медью протекает с выделением диоксида азота $NO_2$.

Уравнение реакции:

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

По уравнению, на растворение 1 моль меди требуется 4 моль азотной кислоты. Рассчитаем количество вещества $HNO_3$, необходимое для растворения 0,2 моль меди:

$n(HNO_3) = 4 \cdot n(Cu) = 4 \cdot 0,2 \text{ моль} = 0,8 \text{ моль}$

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

$m(HNO_3) = n(HNO_3) \cdot M(HNO_3) = 0,8 \text{ моль} \cdot 63 \text{ г/моль} = 50,4 \text{ г}$

Эта масса чистого вещества содержится в 90%-ном растворе. Найдем массу всего раствора:

$m(р-ра \ HNO_3) = \frac{m(HNO_3)}{\omega(HNO_3)} = \frac{50,4 \text{ г}}{0,9} = 56 \text{ г}$

Наконец, зная массу и плотность раствора, вычислим его объем:

$V(р-ра \ HNO_3) = \frac{m(р-ра \ HNO_3)}{\rho(р-ра \ HNO_3)} = \frac{56 \text{ г}}{1,48 \text{ г/мл}} \approx 37,84 \text{ мл}$

Ответ: потребуется 37,84 мл 90%-ной азотной кислоты.