Решение: Объём газов при разложении нитрата
При нагревании образца нитрата меди(II) часть вещества разложилась. При этом образовался твёрдый остаток массой 50,8 г. К остатку добавили 150 г 20%-ного раствора гидроксида натрия. При этом образовался раствор с массой 159 г и массовой долей гидроксида натрия 13,84%. Определите объём смеси газов (в пересчёте на н.у.), выделившихся в результате частичного разложения нитрата меди(II). В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления, указывая единицы измерения искомых физических величин.
Решение по шагам
12 шаговПри нагревании нитрат меди(II) разлагается с образованием оксида меди(II), диоксида азота и кислорода:
$$2\mathrm{Cu(NO_3)_2}\xrightarrow{t}2\mathrm{CuO}+4\mathrm{NO_2}+\mathrm{O_2}$$Нитрат меди(II), содержащийся в твёрдом остатке, реагирует с гидроксидом натрия с образованием осадка гидроксида меди(II):
$$\mathrm{Cu(NO_3)_2}+2\mathrm{NaOH}\rightarrow\mathrm{Cu(OH)_2}\downarrow+2\mathrm{NaNO_3}$$В исходном растворе содержалось:
$$m(\mathrm{NaOH})=150\cdot0{,}20=30\ \text{г};\quad n(\mathrm{NaOH})=\frac{30}{40}=0{,}75\ \text{моль}$$В конечном растворе содержится гидроксид натрия массой:
$$m_{\text{ост}}(\mathrm{NaOH})=159\cdot0{,}1384=22{,}0056\ \text{г}\approx22{,}0\ \text{г}$$Количество оставшегося в растворе гидроксида натрия равно:
$$n_{\text{ост}}(\mathrm{NaOH})=\frac{22{,}0}{40}=0{,}55\ \text{моль}$$На реакцию с нитратом меди(II) израсходовано:
$$n_{\text{расх}}(\mathrm{NaOH})=0{,}75-0{,}55=0{,}20\ \text{моль}$$По уравнению реакции $n(\mathrm{Cu(NO_3)_2}):n(\mathrm{NaOH})=1:2$, поэтому количество непрореагировавшего нитрата меди(II) в остатке составляет:
$$n(\mathrm{Cu(NO_3)_2})=\frac{0{,}20}{2}=0{,}10\ \text{моль}$$Масса непрореагировавшего нитрата меди(II):
$$m(\mathrm{Cu(NO_3)_2})=0{,}10\cdot188=18{,}8\ \text{г}$$Масса оксида меди(II) в твёрдом остатке:
$$m(\mathrm{CuO})=50{,}8-18{,}8=32{,}0\ \text{г}$$Количество оксида меди(II), образовавшегося при разложении:
$$n(\mathrm{CuO})=\frac{32{,}0}{80}=0{,}40\ \text{моль}$$По уравнению разложения на 2 моль $\mathrm{CuO}$ образуется 4 моль $\mathrm{NO_2}$ и 1 моль $\mathrm{O_2}$. Поэтому количество газов:
$$n(\text{газов})=0{,}40\cdot\left(\frac{4}{2}+\frac{1}{2}\right)=0{,}40\cdot2{,}5=1{,}00\ \text{моль}$$При нормальных условиях молярный объём газа равен $22{,}4\ \text{л/моль}$, поэтому объём смеси газов:
$$V(\text{газов})=1{,}00\cdot22{,}4=22{,}4\ \text{л}$$Объём смеси выделившихся газов при н.у. равен 22,4 л.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Не учитывают, что в конечном растворе остаётся часть гидроксида натрия.
Неверно используют соотношение между количеством $\mathrm{NaOH}$ и $\mathrm{Cu(NO_3)_2}$ в реакции обмена.
Считают объём только диоксида азота, не учитывая кислород.
Используют массу всего твёрдого остатка как массу образовавшегося $\mathrm{CuO}$.