Номер 3.42, страница 58, часть II - гдз по химии 8-9 класс задачник с помощником Гара, Габрусева

3.42. Вычислите, какой объем оксида азота(II) (н. у.) выделится при взаимодействии меди с 200 г 16%-ного раствора азотной кислоты.

Дано:

$m_{р-ра}(HNO_3) = 200 \ г$
$\omega(HNO_3) = 16\%$

Найти:

$V(NO) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия меди с азотной кислотой. Поскольку концентрация раствора азотной кислоты составляет 16%, кислота считается разбавленной. При реакции меди с разбавленной азотной кислотой образуются нитрат меди(II), оксид азота(II) и вода.
Сбалансируем уравнение реакции с помощью метода электронного баланса:
$Cu^0 - 2e^- \rightarrow Cu^{+2} \ | \times 3$ (процесс окисления)
$N^{+5} + 3e^- \rightarrow N^{+2} \ | \times 2$ (процесс восстановления)
Суммируя полуреакции, получаем коэффициенты для меди и продуктов восстановления азота.
Итоговое сбалансированное уравнение реакции:
$3Cu + 8HNO_3 \rightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO \uparrow + 4H_2O$

2. Вычислим массу чистой азотной кислоты ($HNO_3$) в 200 г 16%-ного раствора. Массовая доля $\omega$ выражается в долях единицы: $16\% = 0.16$.
$m(HNO_3) = m_{р-ра}(HNO_3) \cdot \omega(HNO_3) = 200 \ г \cdot 0.16 = 32 \ г$

3. Найдем количество вещества азотной кислоты. Для этого сначала вычислим ее молярную массу $M(HNO_3)$:
$M(HNO_3) = M(H) + M(N) + 3 \cdot M(O) = 1 + 14 + 3 \cdot 16 = 63 \ г/моль$
Теперь найдем количество вещества $HNO_3$:
$n(HNO_3) = \frac{m(HNO_3)}{M(HNO_3)} = \frac{32 \ г}{63 \ г/моль} \approx 0.5079 \ моль$

4. По уравнению реакции определим количество вещества оксида азота(II) ($NO$), которое выделится. Согласно стехиометрическим коэффициентам, из 8 моль $HNO_3$ образуется 2 моль $NO$.
Составим пропорцию:
$\frac{n(HNO_3)}{8} = \frac{n(NO)}{2}$
Выразим отсюда количество вещества $NO$:
$n(NO) = \frac{2 \cdot n(HNO_3)}{8} = \frac{1}{4} \cdot n(HNO_3)$
Для большей точности расчетов используем значение $n(HNO_3)$ в виде дроби:
$n(NO) = \frac{1}{4} \cdot \frac{32}{63} \ моль = \frac{8}{63} \ моль \approx 0.127 \ моль$

5. Рассчитаем объем выделившегося оксида азота(II) при нормальных условиях (н. у.). Молярный объем газа при н. у. ($V_m$) равен 22,4 л/моль.
$V(NO) = n(NO) \cdot V_m$
$V(NO) = \frac{8}{63} \ моль \cdot 22.4 \ л/моль \approx 2.8444... \ л$
Округляя результат до сотых, получаем:
$V(NO) \approx 2.84 \ л$

Ответ: объем выделившегося оксида азота(II) составляет 2,84 л.