Номер 63, страница 109 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

Упражнения и задачи для самостоятельного решения. 10. Металлы - номер 63, страница 109.

Условие.

63. В каком соотношении по массе необходимо взять две навески металлической меди, чтобы при растворении их в концентрированной серной кислоте и в разбавленной азотной кислоте получить одинаковые объёмы газов?

Решение.

Решение 2.

Дано:

Реакция 1: Растворение навески меди массой $m_1$ в концентрированной серной кислоте.

Реакция 2: Растворение навески меди массой $m_2$ в разбавленной азотной кислоте.

Условие: объемы выделившихся газов в обеих реакциях равны ($V_1 = V_2$).

Найти:

Соотношение масс навесок меди $m_1 : m_2$.

Решение:

Для решения задачи необходимо записать уравнения химических реакций, происходящих при растворении меди в указанных кислотах, и на их основе провести стехиометрические расчеты.

1. Запишем уравнения химических реакций:

Реакция меди с концентрированной серной кислотой. Продуктами реакции являются сульфат меди(II), диоксид серы и вода.

$Cu + 2H_2SO_4(конц.) \rightarrow CuSO_4 + SO_2 \uparrow + 2H_2O$

Газ, выделяющийся в этой реакции, — диоксид серы ($SO_2$).

Реакция меди с разбавленной азотной кислотой. Продуктами реакции являются нитрат меди(II), оксид азота(II) и вода.

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

Газ, выделяющийся в этой реакции, — оксид азота(II) ($NO$).

2. По условию задачи, объемы выделившихся газов равны: $V(SO_2) = V(NO)$. Согласно закону Авогадро, при одинаковых температуре и давлении равные объемы различных газов содержат одинаковое число молекул, то есть одинаковое количество вещества (моль). Следовательно, количество вещества диоксида серы равно количеству вещества оксида азота(II):

$\nu(SO_2) = \nu(NO)$

3. Выразим количество вещества каждого газа через количество вещества меди, вступившей в соответствующую реакцию. Обозначим молярную массу меди как $M(Cu)$.

Из уравнения реакции с серной кислотой видно, что из 1 моль меди образуется 1 моль $SO_2$.

$\frac{\nu_1(Cu)}{1} = \frac{\nu(SO_2)}{1} \implies \nu(SO_2) = \nu_1(Cu)$

Количество вещества меди в первой реакции равно $\nu_1(Cu) = \frac{m_1}{M(Cu)}$.

Таким образом, $\nu(SO_2) = \frac{m_1}{M(Cu)}$.

Из уравнения реакции с азотной кислотой видно, что из 3 моль меди образуется 2 моль $NO$.

$\frac{\nu_2(Cu)}{3} = \frac{\nu(NO)}{2} \implies \nu(NO) = \frac{2}{3} \nu_2(Cu)$

Количество вещества меди во второй реакции равно $\nu_2(Cu) = \frac{m_2}{M(Cu)}$.

Таким образом, $\nu(NO) = \frac{2}{3} \cdot \frac{m_2}{M(Cu)}$.

4. Теперь приравняем выражения для количеств вещества газов, так как $\nu(SO_2) = \nu(NO)$:

$\frac{m_1}{M(Cu)} = \frac{2}{3} \cdot \frac{m_2}{M(Cu)}$

5. В полученном уравнении можно сократить молярную массу меди $M(Cu)$, так как она присутствует в обеих частях. После этого мы можем найти искомое соотношение масс $m_1$ и $m_2$.

$m_1 = \frac{2}{3} m_2$

Разделив обе части на $m_2$, получаем соотношение:

$\frac{m_1}{m_2} = \frac{2}{3}$

Это означает, что масса первой навески меди (для реакции с серной кислотой) должна относиться к массе второй навески (для реакции с азотной кислотой) как 2 к 3.

Ответ: Две навески металлической меди необходимо взять в массовом соотношении $m_1 : m_2 = 2 : 3$.