Номер 5, страница 14 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

5. Найдите объём газообразного продукта, полученного при растворении 96 г меди в разбавленной азотной кислоте согласно схеме

$\text{HNO}_3 + \text{Cu} = \text{Cu}(\text{NO}_3)_2 + \text{NO} + \text{H}_2\text{O}$

Рассчитайте массу 5%-ного раствора азотной кислоты, необходимого для этой реакции, и массовую долю соли в полученном растворе.

Дано:

Решение:

Дано:

$m(\text{Cu}) = 96 \text{ г}$

$\omega(\text{HNO}_3) = 5\% = 0.05$

Найти:

$V(\text{NO}) - ?$

$m(\text{р-ра }\text{HNO}_3) - ?$

$\omega(\text{Cu(NO}_3)_2) \text{ в конечном растворе} - ?$

Решение:

1. Составим уравнение реакции. Реакция меди с разбавленной азотной кислотой является окислительно-восстановительной. Расставим коэффициенты методом электронного баланса:

$\text{Cu}^0 - 2e^- \rightarrow \text{Cu}^{+2} \quad | \times 3 \quad (\text{окисление, восстановитель})$

$\text{N}^{+5} + 3e^- \rightarrow \text{N}^{+2} \quad | \times 2 \quad (\text{восстановление, окислитель})$

Уравненное уравнение реакции:

$3\text{Cu} + 8\text{HNO}_3(\text{разб.}) = 3\text{Cu(NO}_3)_2 + 2\text{NO}\uparrow + 4\text{H}_2\text{O}$

2. Найдем количество вещества меди (Cu), вступившей в реакцию.

Молярная масса меди: $M(\text{Cu}) = 64 \text{ г/моль}$.

Количество вещества: $n(\text{Cu}) = \frac{m(\text{Cu})}{M(\text{Cu})} = \frac{96 \text{ г}}{64 \text{ г/моль}} = 1.5 \text{ моль}$.

Нахождение объёма газообразного продукта (NO)

По уравнению реакции из 3 моль меди образуется 2 моль оксида азота(II). Составим пропорцию для нахождения количества вещества NO:

$\frac{n(\text{Cu})}{3} = \frac{n(\text{NO})}{2} \implies n(\text{NO}) = \frac{2 \times n(\text{Cu})}{3} = \frac{2 \times 1.5 \text{ моль}}{3} = 1 \text{ моль}$.

Объём газа (при нормальных условиях) рассчитывается по формуле: $V = n \times V_m$, где $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$ - молярный объём газа.

$V(\text{NO}) = 1 \text{ моль} \times 22.4 \text{ л/моль} = 22.4 \text{ л}$.

Ответ: объём газообразного продукта (NO) равен 22.4 л.

Расчёт массы раствора азотной кислоты

По уравнению реакции на 3 моль меди расходуется 8 моль азотной кислоты. Рассчитаем количество вещества $\text{HNO}_3$:

$\frac{n(\text{Cu})}{3} = \frac{n(\text{HNO}_3)}{8} \implies n(\text{HNO}_3) = \frac{8 \times n(\text{Cu})}{3} = \frac{8 \times 1.5 \text{ моль}}{3} = 4 \text{ моль}$.

Найдем массу чистой азотной кислоты. Молярная масса $\text{HNO}_3$:

$M(\text{HNO}_3) = 1 + 14 + 3 \times 16 = 63 \text{ г/моль}$.

$m(\text{HNO}_3) = n(\text{HNO}_3) \times M(\text{HNO}_3) = 4 \text{ моль} \times 63 \text{ г/моль} = 252 \text{ г}$.

Теперь рассчитаем массу 5%-ного раствора азотной кислоты:

$m(\text{р-ра }\text{HNO}_3) = \frac{m(\text{HNO}_3)}{\omega(\text{HNO}_3)} = \frac{252 \text{ г}}{0.05} = 5040 \text{ г}$.

Ответ: масса 5%-ного раствора азотной кислоты составляет 5040 г.

Расчёт массовой доли соли в полученном растворе

Сначала найдем массу образовавшейся соли - нитрата меди(II) $\text{Cu(NO}_3)_2$. По уравнению реакции из 3 моль меди образуется 3 моль соли, т.е. $n(\text{Cu}) = n(\text{Cu(NO}_3)_2) = 1.5 \text{ моль}$.

Молярная масса $\text{Cu(NO}_3)_2$:

$M(\text{Cu(NO}_3)_2) = 64 + 2 \times (14 + 3 \times 16) = 188 \text{ г/моль}$.

$m(\text{Cu(NO}_3)_2) = n(\text{Cu(NO}_3)_2) \times M(\text{Cu(NO}_3)_2) = 1.5 \text{ моль} \times 188 \text{ г/моль} = 282 \text{ г}$.

Теперь найдем массу конечного раствора. Она складывается из массы исходных реагентов (меди и раствора кислоты) за вычетом массы улетевшего газа (NO).

$m(\text{конечного р-ра}) = m(\text{Cu}) + m(\text{р-ра }\text{HNO}_3) - m(\text{NO})$.

Найдем массу 1 моль NO. Молярная масса $M(\text{NO}) = 14 + 16 = 30 \text{ г/моль}$.

$m(\text{NO}) = n(\text{NO}) \times M(\text{NO}) = 1 \text{ моль} \times 30 \text{ г/моль} = 30 \text{ г}$.

$m(\text{конечного р-ра}) = 96 \text{ г} + 5040 \text{ г} - 30 \text{ г} = 5106 \text{ г}$.

Наконец, рассчитаем массовую долю соли в конечном растворе:

$\omega(\text{Cu(NO}_3)_2) = \frac{m(\text{Cu(NO}_3)_2)}{m(\text{конечного р-ра})} = \frac{282 \text{ г}}{5106 \text{ г}} \approx 0.05523$

В процентах: $0.05523 \times 100\% \approx 5.52\%$.

Ответ: массовая доля соли $\text{Cu(NO}_3)_2$ в полученном растворе равна 5.52%.