Question

Избыток водорода пропустили при нагревании над 4 г смеси оксида меди(II) и оксида кремния(IV) с массовой долей оксида меди(II) 80%. Образовавшийся твёрдый остаток обработали 20 мл 60%-ного раствора азотной кислоты (плотностью 1,4 г/см³). Найдите массовую долю соли 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).

Accepted Answer

Answer

Идея решения: восстановить медь из оксида водородом, затем растворить полученную медь в азотной кислоте и найти массовую долю образовавшейся соли в конечном растворе.

**Уравнения реакций:**

$$\ce{CuO + H2 -> Cu + H2O}$$

$$\ce{SiO2 + 2H2 -> Si + 2H2O}$$

$$\ce{Cu + 4HNO3 -> Cu(NO3)2 + 2NO2 ^ + 2H2O}$$

**Расчёты:**

1) Определим массу оксида меди(II) в смеси:

$$m(\ce{CuO}) = 4 \cdot 0{,}8 = 3{,}2 	ext{ г}$$

2) Вычислим количество вещества оксида меди(II):

$$n(\ce{CuO}) = \frac{3{,}2}{80} = 0{,}04 	ext{ моль}$$

3) По первому уравнению количество образовавшейся меди:

$$n(\ce{Cu}) = n(\ce{CuO}) = 0{,}04 	ext{ моль}$$

4) Найдём массу раствора азотной кислоты:

$$m_{	ext{р-ра}}(\ce{HNO3}) = 1{,}4 \cdot 20 = 28 	ext{ г}$$

5) Вычислим массу чистой азотной кислоты:

$$m(\ce{HNO3}) = 28 \cdot 0{,}6 = 16{,}8 	ext{ г}$$

6) Определим количество вещества азотной кислоты:

$$n(\ce{HNO3}) = \frac{16{,}8}{63} = 0{,}27 	ext{ моль}$$

7) Проверим, какой реагент в недостатке в третьей реакции. По уравнению на 1 моль меди требуется 4 моля кислоты:

$$\frac{n(\ce{Cu})}{1} = 0{,}04; \quad \frac{n(\ce{HNO3})}{4} = \frac{0{,}27}{4} = 0{,}0675$$

Так как $0{,}04 < 0{,}0675$, медь находится в недостатке. Расчёты ведём по меди.

8) Количество образовавшегося нитрата меди(II):

$$n(\ce{Cu(NO3)2}) = n(\ce{Cu}) = 0{,}04 	ext{ моль}$$

9) Масса нитрата меди(II):

$$m(\ce{Cu(NO3)2}) = 0{,}04 \cdot 188 = 7{,}52 	ext{ г}$$

10) Количество выделившегося диоксида азота:

$$n(\ce{NO2}) = 2n(\ce{Cu}) = 2 \cdot 0{,}04 = 0{,}08 	ext{ моль}$$

11) Масса диоксида азота:

$$m(\ce{NO2}) = 0{,}08 \cdot 46 = 3{,}68 	ext{ г}$$

12) Масса меди:

$$m(\ce{Cu}) = 0{,}04 \cdot 64 = 2{,}56 	ext{ г}$$

13) Масса конечного раствора (медь и раствор кислоты минус выделившийся газ):

$$m_{	ext{конечн. р-ра}} = 2{,}56 + 28 - 3{,}68 = 26{,}88 	ext{ г}$$

14) Массовая доля нитрата меди(II) в растворе:

$$\omega(\ce{Cu(NO3)2}) = \frac{7{,}52}{26{,}88} = 0{,}2798 \approx 28{,}0\%$$

Задание №34Расчётные задачиЕГЭ по химии