Страница 81 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

5. Для нейтрализации 50 мл раствора азотной кислоты ($\rho = 1,115$ г/мл) потребовалось 63,8 мл 10%-ного раствора гидроксида натрия ($\rho = 1,11$ г/мл). Определите массовую долю кислоты в исходном растворе.

Дано:

Решение:

Дано:
$V_{р-ра(HNO_3)} = 50$ мл
$\rho_{р-ра(HNO_3)} = 1,115$ г/мл
$V_{р-ра(NaOH)} = 63,8$ мл
$w(NaOH) = 10\% = 0,1$
$\rho_{р-ра(NaOH)} = 1,11$ г/мл

Перевод в СИ:
$V_{р-ра(HNO_3)} = 50 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3 = 5 \cdot 10^{-5} \text{ м}^3$
$\rho_{р-ра(HNO_3)} = 1115 \text{ кг/м}^3$
$V_{р-ра(NaOH)} = 63,8 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3 = 6,38 \cdot 10^{-5} \text{ м}^3$
$\rho_{р-ра(NaOH)} = 1110 \text{ кг/м}^3$

Найти:
$w(HNO_3) - ?$

Решение:
1. Запишем уравнение реакции нейтрализации азотной кислоты гидроксидом натрия:
$HNO_3 + NaOH \rightarrow NaNO_3 + H_2O$
Из уравнения видно, что кислота и щелочь реагируют в мольном соотношении $1:1$, то есть $n(HNO_3) = n(NaOH)$.

2. Вычислим массу раствора гидроксида натрия, пошедшего на реакцию:
$m_{р-ра(NaOH)} = V_{р-ра(NaOH)} \cdot \rho_{р-ра(NaOH)} = 63,8 \text{ мл} \cdot 1,11 \text{ г/мл} = 70,818 \text{ г}$

3. Найдем массу чистого гидроксида натрия в этом растворе:
$m(NaOH) = m_{р-ра(NaOH)} \cdot w(NaOH) = 70,818 \text{ г} \cdot 0,10 = 7,0818 \text{ г}$

4. Рассчитаем количество вещества (в молях) гидроксида натрия. Молярная масса $NaOH$ составляет:
$M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40 \text{ г/моль}$
$n(NaOH) = \frac{m(NaOH)}{M(NaOH)} = \frac{7,0818 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} \approx 0,177045 \text{ моль}$

5. Так как $n(HNO_3) = n(NaOH)$, количество вещества азотной кислоты также равно $0,177045$ моль.

6. Вычислим массу азотной кислоты. Молярная масса $HNO_3$ составляет:
$M(HNO_3) = 1 + 14 + 3 \cdot 16 = 63 \text{ г/моль}$
$m(HNO_3) = n(HNO_3) \cdot M(HNO_3) = 0,177045 \text{ моль} \cdot 63 \text{ г/моль} \approx 11,154 \text{ г}$

7. Найдем массу исходного раствора азотной кислоты:
$m_{р-ра(HNO_3)} = V_{р-ра(HNO_3)} \cdot \rho_{р-ра(HNO_3)} = 50 \text{ мл} \cdot 1,115 \text{ г/мл} = 55,75 \text{ г}$

8. Определим массовую долю азотной кислоты в исходном растворе:
$w(HNO_3) = \frac{m(HNO_3)}{m_{р-ра(HNO_3)}} \cdot 100\% = \frac{11,154 \text{ г}}{55,75 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 20,01\%$

Ответ: Массовая доля азотной кислоты в исходном растворе составляет примерно $20,01\%$.

6. При разложении 66,2 мг нитрата металла в степени окисления +2 образовалось 44,6 мг его оксида. Установите формулу нитрата.

Дано:

Решение:

Дано:

$m(\text{нитрата металла}) = 66,2 \text{ мг}$

$m(\text{оксида металла}) = 44,6 \text{ мг}$

Степень окисления металла (Me) = +2

Перевод в систему СИ:

$m(\text{нитрата металла}) = 66,2 \times 10^{-3} \text{ г} = 0,0662 \text{ г}$

$m(\text{оксида металла}) = 44,6 \times 10^{-3} \text{ г} = 0,0446 \text{ г}$

Найти:

Формулу нитрата металла.

Решение:

1. Обозначим неизвестный металл как Me. Поскольку степень окисления металла равна +2, а нитрат-ион ($NO_3^−$) имеет заряд -1, формула нитрата металла будет $Me(NO_3)_2$. Соответственно, формула оксида металла, в котором он также проявляет степень окисления +2, будет $MeO$.

2. Запишем общее уравнение реакции термического разложения нитратов металлов средней активности (от Mg до Cu), к которым, предположительно, относится и наш металл:

$2Me(NO_3)_2 \xrightarrow{t} 2MeO + 4NO_2\uparrow + O_2\uparrow$

3. Из стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции видно, что из 2 моль нитрата металла образуется 2 моль его оксида. Следовательно, их количества вещества равны:

$n(Me(NO_3)_2) = n(MeO)$

4. Обозначим относительную атомную массу неизвестного металла как $M_r(Me)$. Тогда молярные массы нитрата и оксида можно выразить следующим образом:

$M(Me(NO_3)_2) = M_r(Me) + 2 \times (M_r(N) + 3 \times M_r(O)) = M_r(Me) + 2 \times (14 + 3 \times 16) = (M_r(Me) + 124) \text{ г/моль}$

$M(MeO) = M_r(Me) + M_r(O) = (M_r(Me) + 16) \text{ г/моль}$

5. Количество вещества ($n$) связано с массой ($m$) и молярной массой ($M$) формулой $n = m/M$. Подставим это выражение в равенство количеств веществ:

$\frac{m(Me(NO_3)_2)}{M(Me(NO_3)_2)} = \frac{m(MeO)}{M(MeO)}$

Теперь подставим известные значения масс и выражения для молярных масс. Для расчетов можно использовать массы в миллиграммах, так как единицы измерения сократятся.

$\frac{66,2}{M_r(Me) + 124} = \frac{44,6}{M_r(Me) + 16}$

6. Решим полученное уравнение относительно $M_r(Me)$:

$66,2 \times (M_r(Me) + 16) = 44,6 \times (M_r(Me) + 124)$

$66,2 \cdot M_r(Me) + 66,2 \times 16 = 44,6 \cdot M_r(Me) + 44,6 \times 124$

$66,2 \cdot M_r(Me) + 1059,2 = 44,6 \cdot M_r(Me) + 5530,4$

$66,2 \cdot M_r(Me) - 44,6 \cdot M_r(Me) = 5530,4 - 1059,2$

$21,6 \cdot M_r(Me) = 4471,2$

$M_r(Me) = \frac{4471,2}{21,6} = 207 \text{ г/моль}$

7. Находим в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева элемент с относительной атомной массой, равной 207. Это свинец (Pb), его атомная масса составляет 207,2. Свинец является металлом и может проявлять степень окисления +2.

Следовательно, искомый металл — это свинец (Pb).

8. Таким образом, формула нитрата этого металла — $Pb(NO_3)_2$ (нитрат свинца(II)).

Ответ: $Pb(NO_3)_2$.