Номер 1211, страница 187 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1211. Над избытком раскалённого углерода пропустили оксид углерода(IV) массой 18,8 г. Полученный оксид углерода(II) пропустили над нагретым оксидом меди(II) массой 98,2 г. Чему равна масса твёрдого остатка, полученного после окончания опыта?

Дано:

$m(CO_2) = 18,8$ г

$m(CuO) = 98,2$ г

Углерод (C) в избытке.

Перевод данных в систему СИ:

$m(CO_2) = 18,8 \text{ г} = 0,0188$ кг

$m(CuO) = 98,2 \text{ г} = 0,0982$ кг

Найти:

$m_{остатка}$ - ?

Решение:

Процесс состоит из двух последовательных химических реакций. Для расчетов будем использовать молярные массы, вычисленные с использованием округленных относительных атомных масс: $Ar(C)=12$, $Ar(O)=16$, $Ar(Cu)=64$. Расчеты удобнее вести в граммах.

1. Восстановление оксида углерода(IV) избытком раскалённого углерода до оксида углерода(II):

$CO_2 + C \xrightarrow{t} 2CO$

Рассчитаем количество вещества оксида углерода(IV). Молярная масса $CO_2$ составляет:

$M(CO_2) = 12 + 2 \cdot 16 = 44$ г/моль

Количество вещества $CO_2$:

$n(CO_2) = \frac{m(CO_2)}{M(CO_2)} = \frac{18,8 \text{ г}}{44 \text{ г/моль}} \approx 0,4273$ моль

Согласно уравнению реакции, из 1 моль $CO_2$ образуется 2 моль $CO$. Таким образом, количество вещества полученного оксида углерода(II) равно:

$n(CO) = 2 \cdot n(CO_2) = 2 \cdot \frac{18,8}{44} = \frac{18,8}{22} \approx 0,8545$ моль

2. Восстановление оксида меди(II) полученным оксидом углерода(II):

$CO + CuO \xrightarrow{t} Cu + CO_2$

Рассчитаем начальное количество вещества оксида меди(II). Молярная масса $CuO$ составляет:

$M(CuO) = 64 + 16 = 80$ г/моль

Количество вещества $CuO$:

$n(CuO) = \frac{m(CuO)}{M(CuO)} = \frac{98,2 \text{ г}}{80 \text{ г/моль}} = 1,2275$ моль

Сравним количества веществ реагентов. Согласно уравнению, $CO$ и $CuO$ реагируют в мольном соотношении 1:1. Так как $n(CO) \approx 0,8545$ моль, а $n(CuO) = 1,2275$ моль, то оксид углерода(II) находится в недостатке и прореагирует полностью. Расчеты продуктов и остатков будем вести по $CO$.

Твёрдый остаток после реакции состоит из образовавшейся меди ($Cu$) и непрореагировавшего оксида меди(II) ($CuO$).

Проще всего рассчитать массу твёрдого остатка, определив, на сколько уменьшилась масса исходного твёрдого вещества ($CuO$) за счёт ухода кислорода в виде газообразного $CO_2$. Масса твёрдой фазы уменьшается на массу кислорода, который переходит от $CuO$ к $CO$.

Количество вещества кислорода, ушедшего из $CuO$, равно количеству вещества прореагировавшего $CO$:

$n(O) = n(CO) \approx 0,8545$ моль

Масса этого кислорода:

$m(O) = n(O) \cdot M(O) = (\frac{18,8}{22}) \text{ моль} \cdot 16 \text{ г/моль} \approx 13,673$ г

Масса твёрдого остатка равна начальной массе оксида меди(II) за вычетом массы прореагировавшего кислорода:

$m_{остатка} = m(CuO)_{исх.} - m(O) = 98,2 \text{ г} - 13,673 \text{ г} \approx 84,527$ г

Округляя результат до десятых, получаем 84,5 г.

Ответ: масса твёрдого остатка равна 84,5 г.