Массовая доля элемента азота в смеси нитратов свинца(II) и калия составляет 0,0972. При нагревании навески этой смеси до постоянства массы выделяется 4,48 л (н. у.) кислорода. Такую же навеску смеси растворили в 320 г воды и в полученный раствор добавили 250 мл раствора иодида калия с концентрацией 1,2 моль/л. Плотность всех растворов примите равной 1 г/мл. Рассчитайте массовую долю нитрат-ионов в полученном растворе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения и обозначения искомых физических величин).
1) 2Pb(NO3)2 = 2PbO + 4NO2 + O2
2) 2KNO3 = 2KNO2 + O2
3) Pb(NO3)2 + 2KI = PbI2 + 2KNO3
Уравнения реакций составлены верно и соответствуют условию.
Определение состава смеси нитратов:
n(O2) = V(O2) / Vm = 4,48 / 22,4 = 0,2 моль
n(O2, реакция 1) = n(Pb(NO3)2) / 2 · 1
n(O2, реакция 2) = n(KNO3) / 2 · 1
n(O2) = n(O2, реакция 1) + n(O2, реакция 2) = n(Pb(NO3)2) / 2 + n(KNO3) / 2 = 0,2 моль
n(Pb(NO3)2) / 2 + n(KNO3) / 2 = 0,2 [1]
n(N из Pb(NO3)2) = 2 · n(Pb(NO3)2)
n(N из KNO3) = n(KNO3)
m(N из Pb(NO3)2) = n(N из Pb(NO3)2) · M(N) = 2 · n(Pb(NO3)2) · 14
m(N из KNO3) = n(N из KNO3) · M(N) = n(KNO3) · 14
m(N) = m(N из Pb(NO3)2) + m(N из KNO3) = 28 · n(Pb(NO3)2) + 14 · n(KNO3)
m(Pb(NO3)2) = n(Pb(NO3)2) · M(Pb(NO3)2) = n(Pb(NO3)2) · 331
m(KNO3) = n(KNO3) · M(KNO3) = n(KNO3) · 101
m(смеси) = m(Pb(NO3)2) + m(KNO3) = 331 · n(Pb(NO3)2) + 101 · n(KNO3)
По условию ω(N) = 0,0972
(28 · n(Pb(NO3)2) + 14 · n(KNO3)) / (331 · n(Pb(NO3)2) + 101 · n(KNO3)) = 0,0972 [2]
Пусть n(Pb(NO3)2) = x моль, n(KNO3) = y моль, тогда:
x / 2 + y / 2 = 0,2 [1]
(28x + 14y) / (331x + 101y) = 0,0972 [2]
x = 0,2
y = 0,2
n(Pb(NO3)2) = 0,2 моль
n(KNO3) = 0,2 моль
Расчёты после добавления KI и нахождение массовой доли нитрат-ионов:
Поскольку для реакции с KI взяли такую же навеску исходной смеси, количества Pb(NO3)2 и KNO3 в этой навеске в точности равны их количествам в навеске, использованной при нагревании
V(р-ра KI) = 250 мл = 0,25 л
n(KI) = V(р-ра KI) · c(KI) = 0,25 · 1,2 = 0,3 моль
Проверка n(KI), который требуется для полной реакции с Pb(NO3)2
n(KI требуемый) = 2 · n(Pb(NO3)2) = 2 · 0,2 = 0,4 моль
n(KI) = 0,3 моль, а n(KI требуемый) = 0,4 моль
0,3 моль < 0,4 моль, значит KI находится в недостатке
n(PbI2) = n(KI) / 2 · 1 = 0,3 / 2 · 1 = 0,15 моль
m(PbI2) = n(PbI2) · M(PbI2) = 0,15 · 461 = 69,15 г
n(NO-3 из Pb(NO3)2) = 2 · n(Pb(NO3)2) = 2 · 0,2 = 0,4 моль
n(NO-3 из KNO3) = n(KNO3) = 0,2 моль
n(NO-3) = n(NO-3 из Pb(NO3)2) + n(NO-3 из KNO3) = 0,4 + 0,2 = 0,6 моль
m(NO-3) = n(NO-3) · M(NO-3) = 0,6 · 62 = 37,2 г
m(Pb(NO3)2) = n(Pb(NO3)2) · M(Pb(NO3)2) = 0,2 · 331 = 66,2 г
m(KNO3) = n(KNO3) · M(KNO3) = 0,2 · 101 = 20,2 г
m(смеси нитратов) = m(Pb(NO3)2) + m(KNO3) = 66,2 + 20,2 = 86,4 г
m(р-ра KI) = V(р-ра KI) · ρ(р-ра KI) = 250 · 1 = 250 г
m(конечного р-ра) = m(смеси нитратов) + m(H2O) + m(р-ра KI) - m(PbI2) = 86,4 + 320 + 250 - 69,15 = 587,25 г
ω(NO-3) = m(NO-3) / m(конечного р-ра) · 100 % = 37,2 / 587,25 · 100 % = 6,3 %
Ход решения изложен логично и последовательно.
Верно произведены вычисления.
Ответ: ω(NO-3) = 6,3 %
Получен правильный ответ.