Задание 4141
Вопрос
Смесь меди и оксида меди(I) общей массой 99,2 г полностью растворили в 800 г концентрированной азотной кислоты, взятой в избытке. Известно, что при этом атомы меди в оксиде меди(I) отдали в общей сложности в 3 раза больше электронов, чем атомы металлической меди. Определите 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).
1. По условию протекают реакции:
[1] Cu + 4HNO3(конц.) → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
[2] Cu2O + 6HNO3(конц.) → 2Cu(NO3)2 + 2NO2 + 3H2O
2. Найдем число моль меди и оксида меди(I) в смеси. Для этого составим и решим систему уравнений:
Пусть n Cu = x моль, тогда m Cu = n Cu · M Cu = 64x г;
Пусть n Cu2O = y моль, тогда m Cu2O = n Cu2O · M Cu2O = 144y г
m Cu + m Cu2O = mсмесь
64x + 144y = 99,2 г
По реакции №1 один атом меди отдает 2 электрона
Cu0 – 2ē → Cu2+
тогда 1 моль Cu отдаст 2 моль электронов
По реакции №2 один атом меди меди отдает 1 электрон
2Cu+1 – 2ē → Cu2+
тогда 1 моль Cu2O отдаст 2 моль электронов
Чтобы число отданных Cu и Cu2O электронов относилось как 1 : 3, их надо взять в соотношении 1 : 3
Тогда
x / y = 1 / 3
y = 3x
Получаем систему уравнений:
64x + 144y = 99,2
y = 3x
x = 0,2; n Cu = 0,2 моль
y = 0,6; n Cu2O = 0,6 моль
3. Найдем массу образовавшегося нитрата меди(II):
n1 Cu(NO3)2 = n Cu = 0,2 моль
n2 Cu(NO3)2 = 2n Cu2O = 2 · 0,6 = 1,2 моль
n Cu(NO3)2 = n1 Cu(NO3)2 + n2 Cu(NO3)2 = 0,2 + 1,2 = 1,4 моль
m Cu(NO3)2 = n Cu(NO3)2 · M Cu(NO3)2 = 1,4 · 188 = 263,2 г
4. Найдем массу конечного раствора:
n1 NO2 = 2n Cu = 2 · 0,2 = 0,4 моль
n2 NO2 = 2n Cu2O = 2 · 0,6 = 1,2 моль
n NO2 = n1 NO2 + n2 NO2 = 0,4 + 1,2 = 1,6 моль
m NO2 = n NO2 · M NO2 = 1,6 · 46 = 73,6 г
mконечн. р-ра = mсмеси + mр-ра HNO3 – m NO2 = 99,2 + 800 – 73,6 = 825,6 г
5. Найдем массовую долю нитрата меди(II) в конечном растворе:
ω Cu(NO3)2 = m Cu(NO3)2 / mконечн. р-ра = 263,2 / 825,6 = 0,3188 → 31,88%
Ответ: ω Cu(NO3)2 = 31,88%
Источник: ФИПИ
Темы: Неорганическая задача
Разделы: Задачи