700 г концентрированного раствора азотной кислоты разлили поровну в две колбы, затем в одну из колб добавили 250 мл воды. В каждой колбе растворили по кусочку меди. При этом объём бурого газа, выделившегося в первой колбе, оказался равным объёму бесцветного газа, выделившегося во второй колбе. (Считать, что в результате реакций в каждой из колб образовался только один из газов.) Газ, выделившийся в первой колбе, поглотили раствором гидроксида калия. При этом все вещества прореагировали полностью и образовалось 375,6 г раствора с массовой долей атомов водорода 8,36 %. Вычислите массовую долю соли в растворе, полученном после растворения меди во второй колбе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).
1) Cu + 4HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
2) 3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
3) 2NO2 + 2KOH = KNO2 + KNO3 + H2O
Уравнения реакций составлены верно и соответствуют условию.
Определение количества NO2 по составу раствора после поглощения:
m(H) = m(р-ра) / 100 % · ω(H) = 375,6 / 100 % · 8,36 % = 31,4 г
n(H) = m(H) / M(H) = 31,4 / 1 = 31,4 моль
Так как KNO2 и KNO3 не содержат водорода, весь водород конечного раствора входит в состав H2O
n(H2O) = n(H) / 2 = 31,4 / 2 = 15,7 моль
m(H2O) = n(H2O) · M(H2O) = 15,7 · 18 = 282,6 г
m(KNO2 и KNO3) = m(р-ра) - m(H2O) = 375,6 - 282,6 = 93 г
n(KNO2) = n(NO2) / 2 · 1
n(KNO3) = n(NO2) / 2 · 1
m(KNO2) = n(KNO2) · M(KNO2) = n(NO2) / 2 · 85
m(KNO3) = n(KNO3) · M(KNO3) = n(NO2) / 2 · 101
m(KNO2 и KNO2) = m(KNO2) + m(KNO3) = n(NO2) / 2 · 85 + n(NO2) / 2 · 101 = 93 · n(NO2)
Так как рассчитанная по составу конечного раствора масса KNO2 и KNO3 равна 93 г
93 · n(NO2) = 93 [1]
Пусть n(NO2) = x моль, тогда:
93x = 93 [1]
x = 1
n(NO2) = 1 моль
Расчёты для второй колбы:
По условию объём бурого газа (NO2), выделившегося в первой колбе, равен объёму бесцветного газа (NO), выделившегося во второй колбе. При одинаковых условиях равным объёмам газов соответствуют равные количества этих веществ
V(NO) = V(NO2)
n(NO) · Vm = n(NO2) · Vm
n(NO) = n(NO2) = 1 моль
n(Cu) = n(NO) / 2 · 3 = 1 / 2 · 3 = 1,5 моль
m(Cu) = n(Cu) · M(Cu) = 1,5 · 64 = 96 г
n(Cu(NO2)2) = n(Cu) = 1,5 моль
m(Cu(NO2)2) = n(Cu(NO2)2) · M(Cu(NO2)2) = 1,5 · 188 = 282 г
m(NO) = n(NO) · M(NO) = 1 · 30 = 30 г
Нахождение массовой доли Cu(NO3)2:
Поскольку исходный раствор HNO3 разлили поровну в две колбы, для нахождения массы раствора во второй колбе можно разделить массу исходного раствора на два
m(р-ра HNO3 во второй колбе) = m(исходного р-ра HNO3) / 2 = 700 / 2 = 350 г
Поскольку в первой колбе выделялся NO2, а во второй колбе выделялся NO, водой был разбавлен раствор HNO3 именно во второй колбе
m(H2O добав.) = V(H2O добав.) · ρ(H2O) = 250 · 1 = 250 г
m(конечного р-ра) = m(р-ра HNO3 во второй колбе) + m(H2O добав.) + m(Cu) - m(NO) = 350 + 250 + 96 - 30 = 666 г
ω(Cu(NO3)2) = m(Cu(NO3)2) / m(конечного р-ра) · 100 % = 282 / 666 · 100 % = 42,34 %
Ход решения изложен логично и последовательно.
Верно произведены вычисления.
Ответ: ω(Cu(NO3)2) = 42,34 %
Получен правильный ответ.