Железную пластинку полностью растворили в 500 г раствора азотной кислоты. При этом выделилась смесь оксида азота(II) и оксида азота(IV), в которой число молекул составляет 5,418 · 10²³. В полученной смеси оксидов азота соотношение числа атомов кислорода к числу атомов азота равно 5 : 3. Вычислите массовую долю соли в полученном растворе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).
1) Fe + 4HNO3 = Fe(NO3)3 + NO + 2H2O
2) Fe + 6HNO3 = Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
Уравнения реакций составлены верно и соответствуют условию.
Определение состава газовой смеси:
n(смеси газов) = N(смеси газов) / NA = 5,418 · 10^23 / (6,02 · 10^23) = 0,9 моль
n(NO) = n(смеси газов) - n(NO2) = 0,9 - n(NO2)
n(N из NO2) = n(NO2)
n(N из NO) = n(NO)
n(N в смеси газов) = n(N из NO2) + n(N из NO) = n(NO2) + 0,9 - n(NO2) = 0,9 моль
n(O из NO2) = 2 · n(NO2)
n(O из NO) = n(NO) = 0,9 - n(NO2)
n(O в смеси газов) = n(O из NO2) + n(O из NO) = 2 · n(NO2) + 0,9 - n(NO2) = 0,9 + n(NO2)
По условию n(O в смеси газов) : n(N в смеси газов) = 5 : 3
(0,9 + n(NO2)) / 0,9 = 5 / 3 [1]
Пусть n(NO2) = x моль, тогда:
(x + 0,9) / 0,9 = 5 / 3 [1]
x = 0,6
n(NO2) = 0,6 моль
n(NO) = 0,9 - 0,6 = 0,3 моль
Определение количества железа и массы Fe(NO3)3:
m(NO2) = n(NO2) · M(NO2) = 0,6 · 46 = 27,6 г
m(NO) = n(NO) · M(NO) = 0,3 · 30 = 9 г
n(Fe, реакция 1) = n(NO) = 0,3 моль
n(Fe, реакция 2) = n(NO2) / 3 · 1 = 0,6 / 3 · 1 = 0,2 моль
n(Fe всего) = n(Fe, реакция 1) + n(Fe, реакция 2) = 0,3 + 0,2 = 0,5 моль
m(Fe) = n(Fe всего) · M(Fe) = 0,5 · 56 = 28 г
n(Fe(NO3)3, реакция 1) = n(Fe, реакция 1) = 0,3 моль
n(Fe(NO3)3, реакция 2) = n(Fe, реакция 2) = 0,2 моль
n(Fe(NO3)3) = n(Fe(NO3)3, реакция 1) + n(Fe(NO3)3, реакция 2) = 0,3 + 0,2 = 0,5 моль
m(Fe(NO3)3) = n(Fe(NO3)3) · M(Fe(NO3)3) = 0,5 · 242 = 121 г
Нахождение массовой доли Fe(NO3)3:
m(конечного р-ра) = m(р-ра HNO3) + m(Fe) - m(NO2) - m(NO) = 500 + 28 - 27,6 - 9 = 491,4 г
ω(Fe(NO3)3) = m(Fe(NO3)3) / m(конечного р-ра) · 100 % = 121 / 491,4 · 100 % = 24,6 %
Ход решения изложен логично и последовательно.
Верно произведены вычисления.
Ответ: ω(Fe(NO3)3) = 24,6 %
Получен правильный ответ.