Смесь меди и оксида меди(II), в которой масса протонов в ядрах всех атомов составляет 46 % от общей массы смеси, разделили на две равные части. К первой части добавили избыток разбавленного раствора серной кислоты. При этом образовалось 528 г раствора с массовой долей соли 10 %. Ко второй части добавили 700 г разбавленного раствора азотной кислоты, взятого в избытке. Вычислите массовую долю нитрата меди(II) в образовавшемся 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) CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O
2) CuO + 2HNO3 = Cu(NO3)2 + H2O
3) 3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
Уравнения реакций составлены верно и соответствуют условию.
Определение состава одной половины исходной смеси:
m(CuSO4) = m(р-ра) / 100 % · ω(CuSO4) = 528 / 100 % · 10 % = 52,8 г
n(CuSO4) = m(CuSO4) / M(CuSO4) = 52,8 / 160 = 0,33 моль
n(CuO) = n(CuSO4) = 0,33 моль
m(CuO) = n(CuO) · M(CuO) = 0,33 · 80 = 26,4 г
1 моль CuO содержит 29 + 8 = 37 моль протонов
1 моль Cu содержит 29 моль протонов
n(протонов из CuO) = 37 · n(CuO) = 37 · 0,33 моль
n(протонов из Cu) = 29 · n(Cu)
n(протонов в смеси) = n(протонов из CuO) + n(протонов из Cu) = 37 · 0,33 + 29 · n(Cu)
m(протонов в смеси) = n(протонов в смеси) · M(протона) = (37 · 0,33 + 29 · n(Cu)) · 1 = 37 · 0,33 + 29 · n(Cu)
m(Cu) = n(Cu) · M(Cu) = 64 · n(Cu)
m(смеси) = m(CuO) + m(Cu) = 26,4 + 64 · n(Cu)
По условию ω(протонов) = 46 %
(37 · 0,33 + 29 · n(Cu)) / (26,4 + 64 · n(Cu)) = 0,46 [1]
Пусть в одной половине смеси n(Cu) = x моль, тогда:
(37 · 0,33 + 29x) / (26,4 + 64x) = 0,46 [1]
x = 0,15
n(Cu) = 0,15 моль
m(Cu) = n(Cu) · M(Cu) = 0,15 · 64 = 9,6 г
Определение массы Cu(NO3)2 и выделившегося NO:
Поскольку исходную смесь разделили на две равные части, количества CuO и Cu, которые были определены для первой части, в точности равны количествам CuO и Cu для второй части
n(Cu(NO3)2, реакция 2) = n(CuO) = 0,33 моль
n(Cu(NO3)2, реакция 3) = n(Cu) = 0,15 моль
n(Cu(NO3)2) = n(Cu(NO3)2, реакция 2) + n(Cu(NO3)2, реакция 3) = 0,33 + 0,15 = 0,48 моль
m(Cu(NO3)2) = n(Cu(NO3)2) · M(Cu(NO3)2) = 0,48 · 188 = 90,24 г
n(NO) = n(Cu) / 3 · 2 = 0,15 / 3 · 2 = 0,1 моль
m(NO) = n(NO) · M(NO) = 0,1 · 30 = 3 г
Нахождение массовой доли Cu(NO3)2:
m(конечного р-ра) = m(р-ра HNO3) + m(CuO) + m(Cu) - m(NO) = 700 + 26,4 + 9,6 - 3 = 733 г
ω(Cu(NO3)2) = m(Cu(NO3)2) / m(конечного р-ра) · 100 % = 90,24 / 733 · 100 % = 12,31 %
Ход решения изложен логично и последовательно.
Верно произведены вычисления.
Ответ: ω(Cu(NO3)2) = 12,31 %
Получен правильный ответ.