Question

Железную пластинку полностью растворили в 500 г раствора азотной кислоты. Объём выделившейся смеси оксида азота(II) и оксида азота(IV) составляет 20,16 л (н.у.). 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 и обозначения искомых физических величин).

Accepted Answer

Answer

Идея решения: определить состав газовой смеси через соотношение атомов, найти количества веществ по стехиометрии реакций, затем вычислить массовую долю образовавшейся соли в конечном растворе.

**Уравнения реакций:**

$$\ce{Fe + 6HNO3 ->[t°] Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O}$$

$$\ce{Fe + 4HNO3 -> Fe(NO3)3 + NO + 2H2O}$$

**Расчёты:**

1) Вычислим количество вещества газовой смеси:

$$n_{	ext{смеси}} = \frac{V_{	ext{смеси}}}{V_m} = \frac{20{,}16}{22{,}4} = 0{,}9 	ext{ моль}$$

2) Обозначим $n(\ce{NO2}) = x$ моль и $n(\ce{NO}) = y$ моль.

Число атомов азота в смеси: $n_N = x + y$.

Число атомов кислорода в смеси: $n_O = 2x + y$.

По условию:
$$\frac{n_O}{n_N} = \frac{5}{3} \Rightarrow \frac{2x + y}{x + y} = \frac{5}{3}$$

Также: $x + y = 0{,}9$.

Из первого уравнения: $3(2x + y) = 5(x + y)$, откуда $6x + 3y = 5x + 5y$, получаем $x = 2y$.

Подставляя в $x + y = 0{,}9$: $2y + y = 0{,}9$, откуда $y = 0{,}3$ и $x = 0{,}6$.

Таким образом: $n(\ce{NO2}) = 0{,}6$ моль, $n(\ce{NO}) = 0{,}3$ моль.

3) Вычислим количество вещества нитрата железа(III), образовавшегося в каждой реакции:

Из первого уравнения: $n_1(\ce{Fe(NO3)3}) = \frac{n(\ce{NO2})}{3} = \frac{0{,}6}{3} = 0{,}2$ моль.

Из второго уравнения: $n_2(\ce{Fe(NO3)3}) = n(\ce{NO}) = 0{,}3$ моль.

Общее количество: $n(\ce{Fe(NO3)3}) = 0{,}2 + 0{,}3 = 0{,}5$ моль.

4) Найдём массу нитрата железа(III):

$$m(\ce{Fe(NO3)3}) = 0{,}5 	imes 242 = 121 	ext{ г}$$

5) Вычислим количество вещества железа:

$n_1(\ce{Fe}) = 0{,}2$ моль (из первой реакции), $n_2(\ce{Fe}) = 0{,}3$ моль (из второй реакции).

$n(\ce{Fe}) = 0{,}5$ моль.

6) Найдём массы газов:

$$m(\ce{NO2}) = 0{,}6 	imes 46 = 27{,}6 	ext{ г}$$

$$m(\ce{NO}) = 0{,}3 	imes 30 = 9 	ext{ г}$$

7) Вычислим массу конечного раствора:

$$m_{	ext{конечн. р-ра}} = m(\ce{Fe}) + m(	ext{р-ра } \ce{HNO3}) - m(\ce{NO2}) - m(\ce{NO})$$

$$m_{	ext{конечн. р-ра}} = 0{,}5 	imes 56 + 500 - 27{,}6 - 9 = 28 + 500 - 36{,}6 = 491{,}4 	ext{ г}$$

8) Найдём массовую долю соли:

$$\omega(\ce{Fe(NO3)3}) = \frac{m(\ce{Fe(NO3)3})}{m_{	ext{конечн. р-ра}}} = \frac{121}{491{,}4} \approx 0{,}246 = 24{,}6\%$$

Задание №34Расчётные задачиЕГЭ по химии