Номер 741, страница 123 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

741. *К раствору, содержащему серную и азотную кислоты, добавили избыток нитрата бария. В результате реакции выпал осадок массой 4,66 г. На нейтрализацию такого же раствора было затрачено 3,36 г гидроксида калия. Рассчитайте массу азотной кислоты в исходном растворе.

Дано:

$m(осадка) = 4,66 \text{ г}$

$m(KOH) = 3,36 \text{ г}$

$m(осадка) = 4,66 \text{ г} = 0,00466 \text{ кг}$

$m(KOH) = 3,36 \text{ г} = 0,00336 \text{ кг}$

Найти:

$m(HNO_3)$ — ?

Решение:

В исходном растворе содержатся две кислоты: серная ($H_2SO_4$) и азотная ($HNO_3$).

1. При добавлении избытка нитрата бария ($Ba(NO_3)_2$) в реакцию вступает только серная кислота, так как нитрат бария является качественным реактивом на сульфат-ионы. Азотная кислота с нитратом бария не реагирует. Образуется нерастворимый в воде и кислотах осадок — сульфат бария ($BaSO_4$).

Уравнение реакции:

$H_2SO_4 + Ba(NO_3)_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2HNO_3$

2. Рассчитаем количество вещества (моль) выпавшего осадка ($BaSO_4$).

Молярная масса сульфата бария:

$M(BaSO_4) = 137 + 32 + 4 \cdot 16 = 233 \text{ г/моль}$

Количество вещества $BaSO_4$:

$n(BaSO_4) = \frac{m(BaSO_4)}{M(BaSO_4)} = \frac{4,66 \text{ г}}{233 \text{ г/моль}} = 0,02 \text{ моль}$

3. По уравнению реакции, количество вещества серной кислоты равно количеству вещества сульфата бария:

$n(H_2SO_4) = n(BaSO_4) = 0,02 \text{ моль}$

4. На нейтрализацию исходного раствора (содержащего обе кислоты) был затрачен гидроксид калия ($KOH$). Запишем уравнения реакций нейтрализации:

$H_2SO_4 + 2KOH \rightarrow K_2SO_4 + 2H_2O$

$HNO_3 + KOH \rightarrow KNO_3 + H_2O$

5. Рассчитаем общее количество вещества гидроксида калия, пошедшего на нейтрализацию.

Молярная масса гидроксида калия:

$M(KOH) = 39 + 16 + 1 = 56 \text{ г/моль}$

Общее количество вещества $KOH$:

$n_{общ}(KOH) = \frac{m(KOH)}{M(KOH)} = \frac{3,36 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} = 0,06 \text{ моль}$

6. Общее количество вещества $KOH$ равно сумме количеств, затраченных на реакцию с каждой из кислот. Найдем количество вещества $KOH$, которое прореагировало с серной кислотой.

По уравнению реакции нейтрализации серной кислоты, $n(KOH)$ в два раза больше $n(H_2SO_4)$:

$n_1(KOH) = 2 \cdot n(H_2SO_4) = 2 \cdot 0,02 \text{ моль} = 0,04 \text{ моль}$

7. Теперь найдем количество вещества $KOH$, которое прореагировало с азотной кислотой, вычтя из общего количества $KOH$ то, что ушло на серную кислоту:

$n_2(KOH) = n_{общ}(KOH) - n_1(KOH) = 0,06 \text{ моль} - 0,04 \text{ моль} = 0,02 \text{ моль}$

8. По уравнению реакции нейтрализации азотной кислоты, количество вещества $HNO_3$ равно количеству вещества $KOH$, вступившего с ней в реакцию:

$n(HNO_3) = n_2(KOH) = 0,02 \text{ моль}$

9. Наконец, рассчитаем массу азотной кислоты в исходном растворе.

Молярная масса азотной кислоты:

$M(HNO_3) = 1 + 14 + 3 \cdot 16 = 63 \text{ г/моль}$

Масса $HNO_3$:

$m(HNO_3) = n(HNO_3) \cdot M(HNO_3) = 0,02 \text{ моль} \cdot 63 \text{ г/моль} = 1,26 \text{ г}$

Ответ: масса азотной кислоты в исходном растворе составляет 1,26 г.