Номер 5, страница 118 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

5. В концентрированной азотной кислоте растворили 208 г смеси меди и оксида меди(II). При этом выделилось 89,6 л оксида азота(IV) (н. у.). Определите массовые доли компонентов исходной смеси и объём 60%-ной азотной кислоты ($\rho = 1,20$ г/мл), затраченной на реакцию.

Дано:

Решение:

Дано:

$m(смеси\ Cu\ и\ CuO) = 208\ г$

$V(NO_2) = 89,6\ л\ (н.у.)$

$w(HNO_3) = 60\% = 0,60$

$\rho(р-ра\ HNO_3) = 1,20\ г/мл$

Найти:

$w(Cu) - ?$

$w(CuO) - ?$

$V(р-ра\ HNO_3) - ?$

Решение:

Запишем уравнения реакций, протекающих при растворении смеси в концентрированной азотной кислоте. Медь реагирует с концентрированной азотной кислотой с выделением оксида азота(IV), а оксид меди(II) вступает в реакцию обмена без выделения газа.

1) Реакция меди с концентрированной азотной кислотой:

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

2) Реакция оксида меди(II) с азотной кислотой:

$CuO + 2HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + H_2O$

Определение массовых долей компонентов исходной смеси

Оксид азота(IV) $NO_2$ выделяется только в первой реакции. Это позволяет нам рассчитать количество вещества и массу меди в исходной смеси. Молярный объем газа при нормальных условиях (н.у.) составляет $V_m = 22,4\ л/моль$.

Найдем количество вещества выделившегося $NO_2$:

$n(NO_2) = \frac{V(NO_2)}{V_m} = \frac{89,6\ л}{22,4\ л/моль} = 4\ моль$

По уравнению реакции (1), соотношение количеств вещества меди и оксида азота(IV) составляет $n(Cu) : n(NO_2) = 1 : 2$. Следовательно, количество вещества меди:

$n(Cu) = \frac{1}{2} n(NO_2) = \frac{1}{2} \cdot 4\ моль = 2\ моль$

Теперь найдем массу меди в смеси. Молярная масса меди $M(Cu) = 64\ г/моль$.

$m(Cu) = n(Cu) \cdot M(Cu) = 2\ моль \cdot 64\ г/моль = 128\ г$

Зная общую массу смеси, найдем массу оксида меди(II):

$m(CuO) = m(смеси) - m(Cu) = 208\ г - 128\ г = 80\ г$

Рассчитаем массовые доли компонентов в исходной смеси:

$w(Cu) = \frac{m(Cu)}{m(смеси)} \cdot 100\% = \frac{128\ г}{208\ г} \cdot 100\% \approx 61,54\%$

$w(CuO) = \frac{m(CuO)}{m(смеси)} \cdot 100\% = \frac{80\ г}{208\ г} \cdot 100\% \approx 38,46\%$

Ответ: Массовая доля меди в смеси составляет $61,54\%$, массовая доля оксида меди(II) - $38,46\%$.

Определение объёма 60%-ной азотной кислоты

Азотная кислота расходуется в обеих реакциях. Рассчитаем общее количество вещества $HNO_3$, затраченное на реакции.

Количество вещества кислоты, пошедшей на реакцию с медью (реакция 1):

Из уравнения $Cu + 4HNO_3 \rightarrow ...$ следует, что $n_1(HNO_3) : n(Cu) = 4 : 1$.

$n_1(HNO_3) = 4 \cdot n(Cu) = 4 \cdot 2\ моль = 8\ моль$

Количество вещества кислоты, пошедшей на реакцию с оксидом меди(II) (реакция 2):

Сначала найдем количество вещества $CuO$. Молярная масса $CuO$ составляет $M(CuO) = 64 + 16 = 80\ г/моль$.

$n(CuO) = \frac{m(CuO)}{M(CuO)} = \frac{80\ г}{80\ г/моль} = 1\ моль$

Из уравнения $CuO + 2HNO_3 \rightarrow ...$ следует, что $n_2(HNO_3) : n(CuO) = 2 : 1$.

$n_2(HNO_3) = 2 \cdot n(CuO) = 2 \cdot 1\ моль = 2\ моль$

Общее количество вещества азотной кислоты:

$n_{общ}(HNO_3) = n_1(HNO_3) + n_2(HNO_3) = 8\ моль + 2\ моль = 10\ моль$

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

$m(HNO_3) = n_{общ}(HNO_3) \cdot M(HNO_3) = 10\ моль \cdot 63\ г/моль = 630\ г$

Теперь найдем массу 60%-го раствора азотной кислоты:

$m(р-ра\ HNO_3) = \frac{m(HNO_3)}{w(HNO_3)} = \frac{630\ г}{0,60} = 1050\ г$

Наконец, используя плотность, найдем объем раствора:

$V(р-ра\ HNO_3) = \frac{m(р-ра\ HNO_3)}{\rho(р-ра\ HNO_3)} = \frac{1050\ г}{1,20\ г/мл} = 875\ мл$

Ответ: Объём затраченной 60%-ной азотной кислоты равен $875\ мл$.