Номер 28, страница 79 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

8. Азот, фосфор и их соединения. Упражнения и задачи для самостоятельного решения - номер 28, страница 79.

Условие.

28. При растворении в кислоте X металлической меди может образоваться газ А или В. Газ А на воздухе переходит в газ В, а тот, в свою очередь, при взаимодействии с сернистым газом переходит в газ А. Определите указанные вещества, напишите уравнения реакций. Рассчитайте, какие объёмы $40 \, \%$-ного раствора (плотность $1,25 \, \text{г/мл}$) и $60 \, \%$-ного раствора (плотность $1,375 \, \text{г/мл}$) кислоты X потребуются для растворения $6,4 \, \text{г}$ меди.

Решение.

Решение 2.

Исходя из условий задачи, определим вещества. Медь — металл, стоящий в ряду электрохимических напряжений после водорода, поэтому она может растворяться только в кислотах-окислителях, таких как азотная ($HNO_3$) или концентрированная серная ($H_2SO_4$). При реакции с серной кислотой выделяется сернистый газ ($SO_2$), который не подходит под описание превращений газов A и B. Следовательно, кислота X — это азотная кислота ($HNO_3$).

При реакции меди с азотной кислотой могут образовываться оксиды азота. Газ А, который на воздухе переходит в газ В, — это оксид азота(II) ($NO$), который окисляется кислородом воздуха до оксида азота(IV) ($NO_2$).

$2NO (\text{газ А}) + O_2 \rightarrow 2NO_2 (\text{газ В})$

Газ В ($NO_2$) при взаимодействии с сернистым газом ($SO_2$) восстанавливается до газа А ($NO$):

$NO_2 (\text{газ В}) + SO_2 \rightarrow NO (\text{газ А}) + SO_3$

Таким образом:

• Вещество X — азотная кислота, $HNO_3$.
• Газ А — оксид азота(II), $NO$.
• Газ В — оксид азота(IV), $NO_2$.

Уравнения реакций растворения меди в азотной кислоте зависят от ее концентрации. Газ А ($NO$) образуется при реакции с разбавленной кислотой, а газ В ($NO_2$) — с концентрированной.

Уравнения реакций:

1. Растворение меди в разбавленной азотной кислоте с образованием газа А:

$3Cu + 8HNO_3(\text{разб.}) \rightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO\uparrow + 4H_2O$

2. Растворение меди в концентрированной азотной кислоте с образованием газа В:

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

3. Превращение газа А в газ В на воздухе:

$2NO + O_2 \rightarrow 2NO_2$

4. Превращение газа В в газ А при взаимодействии с сернистым газом:

$NO_2 + SO_2 \rightarrow NO + SO_3$

Расчет объемов растворов кислоты, необходимых для растворения 6,4 г меди.

Будем считать, что при реакции с 40 %-ным раствором образуется газ А ($NO$), а при реакции с 60 %-ным раствором — газ В ($NO_2$).

1. Расчет для 40 %-ного раствора $HNO_3$ (образуется газ А)

Дано:

$m(Cu) = 6,4 \text{ г}$

$w_1(HNO_3) = 40\% = 0,4$

$\rho_1(\text{р-ра}) = 1,25 \text{ г/мл}$

Найти:

$V_1(\text{р-ра})$ - ?

Решение:

Уравнение реакции: $3Cu + 8HNO_3 \rightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO\uparrow + 4H_2O$

1. Найдем количество вещества меди:

$M(Cu) = 64 \text{ г/моль}$

$n(Cu) = \frac{m(Cu)}{M(Cu)} = \frac{6,4 \text{ г}}{64 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

2. По уравнению реакции найдем количество вещества азотной кислоты:

$n(HNO_3) = \frac{8}{3} n(Cu) = \frac{8}{3} \times 0,1 \text{ моль} = \frac{0,8}{3} \text{ моль}$

3. Найдем массу чистой азотной кислоты:

$M(HNO_3) = 1 + 14 + 3 \times 16 = 63 \text{ г/моль}$

$m(HNO_3) = n(HNO_3) \times M(HNO_3) = \frac{0,8}{3} \text{ моль} \times 63 \text{ г/моль} = 0,8 \times 21 = 16,8 \text{ г}$

4. Найдем массу 40 %-ного раствора кислоты:

$m_1(\text{р-ра}) = \frac{m(HNO_3)}{w_1(HNO_3)} = \frac{16,8 \text{ г}}{0,4} = 42 \text{ г}$

5. Найдем объем раствора:

$V_1(\text{р-ра}) = \frac{m_1(\text{р-ра})}{\rho_1(\text{р-ра})} = \frac{42 \text{ г}}{1,25 \text{ г/мл}} = 33,6 \text{ мл}$

Ответ: для растворения меди с образованием газа А потребуется 33,6 мл 40 %-ного раствора азотной кислоты.

2. Расчет для 60 %-ного раствора $HNO_3$ (образуется газ В)

Дано:

$m(Cu) = 6,4 \text{ г}$

$w_2(HNO_3) = 60\% = 0,6$

$\rho_2(\text{р-ра}) = 1,375 \text{ г/мл}$

Найти:

$V_2(\text{р-ра})$ - ?

Решение:

Уравнение реакции: $Cu + 4HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 2H_2O$

1. Количество вещества меди: $n(Cu) = 0,1 \text{ моль}$

2. По уравнению реакции найдем количество вещества азотной кислоты:

$n(HNO_3) = 4 \times n(Cu) = 4 \times 0,1 \text{ моль} = 0,4 \text{ моль}$

3. Найдем массу чистой азотной кислоты:

$m(HNO_3) = n(HNO_3) \times M(HNO_3) = 0,4 \text{ моль} \times 63 \text{ г/моль} = 25,2 \text{ г}$

4. Найдем массу 60 %-ного раствора кислоты:

$m_2(\text{р-ра}) = \frac{m(HNO_3)}{w_2(HNO_3)} = \frac{25,2 \text{ г}}{0,6} = 42 \text{ г}$

5. Найдем объем раствора:

$V_2(\text{р-ра}) = \frac{m_2(\text{р-ра})}{\rho_2(\text{р-ра})} = \frac{42 \text{ г}}{1,375 \text{ г/мл}} \approx 30,55 \text{ мл}$

Ответ: для растворения меди с образованием газа В потребуется 30,55 мл 60 %-ного раствора азотной кислоты.