Решение: Массовая доля соли в растворе
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).
Решение по шагам
12 шаговЗапишем уравнения реакций меди и оксида меди(I) с концентрированной азотной кислотой:
$$\mathrm{Cu + 4HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 2H_2O}$$Для оксида меди(I) уравнение реакции имеет вид:
$$\mathrm{Cu_2O + 6HNO_3 \rightarrow 2Cu(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 3H_2O}$$Пусть количество вещества меди равно $x$ моль, а количество вещества оксида меди(I) равно $y$ моль. В металлической меди каждый атом отдаёт 2 электрона. В оксиде меди(I) два атома меди отдают по 1 электрону, то есть одна формульная единица отдаёт 2 электрона. По условию:
$$2y=3\cdot 2x,\qquad y=3x$$Составим уравнение по массе смеси. Используем $M(\mathrm{Cu})=64\ \mathrm{г/моль}$ и $M(\mathrm{Cu_2O})=144\ \mathrm{г/моль}$:
$$64x+144y=99{,}2$$Подставим $y=3x$ и найдём количества веществ:
$$64x+144\cdot3x=99{,}2;\quad 496x=99{,}2;\quad x=0{,}2\ \mathrm{моль};\quad y=0{,}6\ \mathrm{моль}$$По уравнениям реакций из 1 моль меди образуется 1 моль соли, а из 1 моль оксида меди(I) — 2 моль соли. Поэтому:
$$n(\mathrm{Cu(NO_3)_2})=x+2y=0{,}2+2\cdot0{,}6=1{,}4\ \mathrm{моль}$$Молярная масса нитрата меди(II):
$$M(\mathrm{Cu(NO_3)_2})=64+2\cdot(14+3\cdot16)=188\ \mathrm{г/моль}$$Найдём массу соли:
$$m(\mathrm{Cu(NO_3)_2})=1{,}4\cdot188=263{,}2\ \mathrm{г}$$Количество вещества выделившегося диоксида азота равно удвоенному количеству исходных веществ:
$$n(\mathrm{NO_2})=2x+2y=2\cdot0{,}2+2\cdot0{,}6=1{,}6\ \mathrm{моль}$$Масса диоксида азота, покинувшего раствор:
$$m(\mathrm{NO_2})=1{,}6\cdot46=73{,}6\ \mathrm{г}$$Масса полученного раствора равна массе азотной кислоты и исходной смеси за вычетом массы выделившегося газа:
$$m_{\text{р-ра}}=800+99{,}2-73{,}6=825{,}6\ \mathrm{г}$$Рассчитаем массовую долю соли в растворе:
$$\omega(\mathrm{Cu(NO_3)_2})=\frac{263{,}2}{825{,}6}\cdot100\%=31{,}88\%\approx31{,}9\%$$Массовая доля нитрата меди(II) в полученном растворе равна $31{,}9\%$.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Неверно учитывать число электронов, отдаваемых медью в оксиде меди(I).
Использовать уравнение реакции с разбавленной азотной кислотой и выделением оксида азота(II) вместо реакции с концентрированной кислотой.
Не вычитать из массы раствора массу выделившегося диоксида азота.
Считать массу раствора равной сумме масс кислоты и исходной смеси.