Номер 716, страница 119 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

716. *Водородный показатель водного раствора азотной кислоты равен 1,18. Рассчитайте массовую долю азотной кислоты в этом растворе, если его плотность равна 1012 $\text{г/дм}^3$.

Дано:

Водный раствор HNO₃

pH = 1,18

ρ(раствора) = 1012 г/дм³

Перевод в СИ:

Плотность раствора ρ = 1012 г/дм³ = 1012 кг/м³. Для удобства расчетов будем использовать единицу г/л, так как 1 дм³ = 1 л.

Найти:

ω(HNO₃) - ?

Решение:

1. Водородный показатель (pH) связан с молярной концентрацией ионов водорода $[H⁺]$ (в моль/л) следующим соотношением:

$pH = -lg[H⁺]$

Из этой формулы выразим концентрацию ионов водорода:

$[H⁺] = 10^{-pH}$

Подставим известное значение pH:

$[H⁺] = 10^{-1,18} \approx 0,06607$ моль/л

2. Азотная кислота ($HNO_3$) является сильной кислотой и в водном растворе полностью диссоциирует на ионы по уравнению:

$HNO_3 \rightarrow H⁺ + NO_3⁻$

Так как диссоциация полная, молярная концентрация азотной кислоты $C(HNO_3)$ равна молярной концентрации ионов водорода $[H⁺]$:

$C(HNO_3) = [H⁺] \approx 0,06607$ моль/л

3. Для расчета массовой доли удобно взять определенный объем раствора, например, $V = 1$ л.

Найдем массу этого объема раствора, используя его плотность ($ρ = 1012$ г/л):

$m(раствора) = ρ \cdot V = 1012 \frac{г}{л} \cdot 1 л = 1012$ г

4. В объеме 1 л содержится количество вещества азотной кислоты:

$n(HNO_3) = C(HNO_3) \cdot V \approx 0,06607 \frac{моль}{л} \cdot 1 л \approx 0,06607$ моль

5. Рассчитаем молярную массу азотной кислоты:

$M(HNO_3) = M(H) + M(N) + 3 \cdot M(O) = 1 + 14 + 3 \cdot 16 = 63$ г/моль

6. Теперь найдем массу азотной кислоты в 1 л раствора:

$m(HNO_3) = n(HNO_3) \cdot M(HNO_3)$

$m(HNO_3) \approx 0,06607 \text{ моль} \cdot 63 \frac{г}{моль} \approx 4,162$ г

7. Наконец, рассчитаем массовую долю (ω) азотной кислоты в растворе как отношение массы растворенного вещества к массе всего раствора:

$ω(HNO_3) = \frac{m(HNO_3)}{m(раствора)}$

$ω(HNO_3) \approx \frac{4,162 \text{ г}}{1012 \text{ г}} \approx 0,00411$

Для выражения в процентах, умножим полученное значение на 100%:

$ω(HNO_3) \approx 0,00411 \cdot 100\% \approx 0,41\%$

Ответ: массовая доля азотной кислоты в растворе составляет примерно 0,41%.