Question

Раствор концентрированной азотной кислоты разделили на две колбы по 350 г. Кислоту во второй колбе разбавили 250 г воды. В обеих колбах растворили кусочек меди, при этом объём бурого газа, выделившегося из первой колбы, был равен объёму бесцветного газа, выделившегося из второй колбы. Бурый газ собрали и пропустили через раствор гидроксида калия, при этом вещества прореагировали полностью. В результате реакции образовался раствор массой 375,6 г, в котором массовая доля атомов водорода составила 8,36%. Вычислите массовую долю соли, полученной после растворения меди во второй колбе.

Accepted Answer

Answer

Идея решения: по составу конечного раствора после взаимодействия $\ce{NO2}$ с $\ce{KOH}$ найти количество выделившихся газов, затем через стехиометрию определить массу соли меди во второй колбе.

**Шаг 1. Запишем уравнения реакций.**

Растворение меди в концентрированной кислоте:

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

Растворение меди в разбавленной кислоте:

$$\ce{3Cu + 8HNO3(разб.) -> 3Cu(NO3)2 + 2NO ^ + 4H2O}$$

Взаимодействие диоксида азота с гидроксидом калия:

$$\ce{2NO2 + 2KOH -> KNO3 + KNO2 + H2O}$$

**Шаг 2. Найдём количество атомов водорода в конечном растворе.**

$$m_{	ext{H}} = 375{,}6 \cdot 0{,}0836 = 31{,}4 	ext{ г}$$

$$n_{	ext{H}} = \frac{31{,}4}{1} = 31{,}4 	ext{ моль}$$

**Шаг 3. Определим массу воды в конечном растворе.**

$$n_{\ce{H2O}} = \frac{n_{	ext{H}}}{2} = \frac{31{,}4}{2} = 15{,}7 	ext{ моль}$$

$$m_{\ce{H2O}} = 15{,}7 \cdot 18 = 282{,}6 	ext{ г}$$

**Шаг 4. Вычислим массу солей в конечном растворе.**

$$m_{\ce{KNO3} + \ce{KNO2}} = 375{,}6 - 282{,}6 = 93 	ext{ г}$$

Пусть $n_{\ce{KNO3}} = n_{\ce{KNO2}} = x$ моль. Тогда:

$$101x + 85x = 93$$

$$186x = 93$$

$$x = 0{,}5 	ext{ моль}$$

Следовательно, $n_{\ce{KNO3}} = n_{\ce{KNO2}} = 0{,}5$ моль.

**Шаг 5. Найдём количество диоксида азота.**

По уравнению реакции $\ce{NO2}$ с $\ce{KOH}$:

$$n_{\ce{NO2}} = 2n_{\ce{KNO3}} = 2 \cdot 0{,}5 = 1 	ext{ моль}$$

По условию объёмы газов равны, поэтому:

$$n_{\ce{NO}} = n_{\ce{NO2}} = 1 	ext{ моль}$$

**Шаг 6. Определим количество меди, растворившейся во второй колбе.**

Из уравнения реакции с разбавленной кислотой:

$$n_{\ce{Cu}} = \frac{3n_{\ce{NO}}}{2} = \frac{3 \cdot 1}{2} = 1{,}5 	ext{ моль}$$

$$m_{\ce{Cu}} = 1{,}5 \cdot 64 = 96 	ext{ г}$$

**Шаг 7. Вычислим массу раствора во второй колбе после реакции.**

$$m_{	ext{р-ра}} = 350 + 250 + 96 - 30 = 666 	ext{ г}$$

(вычитаем массу выделившегося $\ce{NO}$: $m_{\ce{NO}} = 1 \cdot 30 = 30$ г)

**Шаг 8. Найдём массовую долю нитрата меди(II).**

$$n_{\ce{Cu(NO3)2}} = n_{\ce{Cu}} = 1{,}5 	ext{ моль}$$

$$m_{\ce{Cu(NO3)2}} = 1{,}5 \cdot 188 = 282 	ext{ г}$$

$$\omega_{\ce{Cu(NO3)2}} = \frac{282}{666} = 0{,}4234 = 42{,}34\%$$

Задание №34Расчётные задачиЕГЭ по химии