Question

Смесь оксида азота(IV) и кислорода, в которой соотношение масс составляет 11,5 : 16, пропустили через воду, масса которой равна массе смеси газов. К полученному раствору добавили раствор карбоната натрия. При этом образовалось 100 г раствора, содержащего только одно растворённое вещество с массовой долей 17%. Определите массовую долю карбоната натрия в добавленном растворе.

Accepted Answer

Answer

Идея решения: установить стехиометрические связи между газами через образованную азотную кислоту, найти её количество из состава конечного раствора, затем вычислить массу добавленного раствора карбоната натрия.

**Шаг 1. Уравнения реакций**

$$\ce{4NO2 + O2 + 2H2O -> 4HNO3}$$

$$\ce{Na2CO3 + 2HNO3 -> 2NaNO3 + CO2 ^ + H2O}$$

**Шаг 2. Анализ конечного раствора**

В конечном растворе остаётся только одно вещество — $\ce{NaNO3}$, что означает полное расходование обоих реагентов в реакции 2.

Масса нитрата натрия:
$$m_{\ce{NaNO3}} = 100 \cdot 0{,}17 = 17 	ext{ г}$$

Количество вещества:
$$n_{\ce{NaNO3}} = \frac{17}{85} = 0{,}2 	ext{ моль}$$

Из уравнения реакции 2: $n_{\ce{HNO3}} = n_{\ce{NaNO3}} = 0{,}2$ моль

**Шаг 3. Определение состава газовой смеси**

Обозначим $n_{\ce{O2}} = x$ моль. Тогда:
- $m_{\ce{O2}} = 32x$ г
- $m_{\ce{NO2}} = 32x \cdot \frac{11{,}5}{16} = 23x$ г
- $n_{\ce{NO2}} = \frac{23x}{46} = 0{,}5x$ моль

Масса воды равна массе смеси газов:
$$m_{\ce{H2O}} = 23x + 32x = 55x 	ext{ г}$$

Из уравнения реакции 1: $n_{\ce{HNO3}} = n_{\ce{NO2}}$

$$0{,}5x = 0{,}2 \implies x = 0{,}4$$

Следовательно:
- $n_{\ce{NO2}} = 0{,}2$ моль, $m_{\ce{NO2}} = 9{,}2$ г
- $n_{\ce{O2}} = 0{,}4$ моль
- $m_{\ce{H2O}} = 22$ г

**Шаг 4. Расчёт кислорода, вступившего в реакцию**

Из уравнения реакции 1: $n_{\ce{O2(реаг)}} = \frac{n_{\ce{NO2}}}{4} = \frac{0{,}2}{4} = 0{,}05$ моль

$$m_{\ce{O2(реаг)}} = 0{,}05 \cdot 32 = 1{,}6 	ext{ г}$$

**Шаг 5. Расчёт углекислого газа**

Из уравнения реакции 2: $n_{\ce{CO2}} = \frac{n_{\ce{NaNO3}}}{2} = 0{,}1$ моль

$$m_{\ce{CO2}} = 0{,}1 \cdot 44 = 4{,}4 	ext{ г}$$

**Шаг 6. Масса раствора карбоната натрия**

Баланс масс для конечного раствора:
$$m_{	ext{р-ра } \ce{Na2CO3}} + m_{\ce{NO2}} + m_{\ce{O2(реаг)}} + m_{\ce{H2O}} - m_{\ce{CO2}} = 100$$

$$m_{	ext{р-ра } \ce{Na2CO3}} = 100 - 9{,}2 - 1{,}6 - 22 + 4{,}4 = 71{,}6 	ext{ г}$$

**Шаг 7. Массовая доля карбоната натрия**

Количество вещества карбоната натрия:
$$n_{\ce{Na2CO3}} = \frac{n_{\ce{NaNO3}}}{2} = 0{,}1 	ext{ моль}$$

Масса карбоната натрия:
$$m_{\ce{Na2CO3}} = 0{,}1 \cdot 106 = 10{,}6 	ext{ г}$$

Массовая доля:
$$\omega_{\ce{Na2CO3}} = \frac{10{,}6}{71{,}6} \approx 0{,}148 = 14{,}8\%$$

Задание №34Расчётные задачиЕГЭ по химии