Номер 423, страница 84 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

423. Концентрированный водный раствор азотной кислоты с её массовой долей, равной 56,0 %, какой массой потребуется для полного растворения смеси, содержащей оксид меди(II) массой 16,0 г и медь массой 19,2 г?

Дано:

массовая доля раствора азотной кислоты $w(HNO_3) = 56.0 \% = 0.56$

масса оксида меди(II) $m(CuO) = 16.0 \text{ г}$

масса меди $m(Cu) = 19.2 \text{ г}$

Найти:

массу раствора азотной кислоты $m(\text{р-ра } HNO_3) - ?$

Решение:

Для полного растворения смеси необходимо, чтобы азотная кислота прореагировала с обоими компонентами: оксидом меди(II) и медью. Запишем уравнения соответствующих химических реакций.

1. Реакция оксида меди(II) с азотной кислотой (реакция обмена):

$CuO + 2HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + H_2O$

2. Реакция меди с концентрированной азотной кислотой (окислительно-восстановительная реакция):

$Cu + 4HNO_{3(\text{конц.})} \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2 \uparrow + 2H_2O$

Вычислим молярные массы веществ, участвующих в расчетах:

Молярная масса оксида меди(II): $M(CuO) = 64 + 16 = 80 \text{ г/моль}$

Молярная масса меди: $M(Cu) = 64 \text{ г/моль}$

Молярная масса азотной кислоты: $M(HNO_3) = 1 + 14 + 3 \times 16 = 63 \text{ г/моль}$

Найдем количество вещества (в молях) каждого компонента в исходной смеси:

Количество вещества оксида меди(II):

$n(CuO) = \frac{m(CuO)}{M(CuO)} = \frac{16.0 \text{ г}}{80 \text{ г/моль}} = 0.2 \text{ моль}$

Количество вещества меди:

$n(Cu) = \frac{m(Cu)}{M(Cu)} = \frac{19.2 \text{ г}}{64 \text{ г/моль}} = 0.3 \text{ моль}$

По уравнениям реакций рассчитаем количество вещества азотной кислоты, необходимое для растворения каждого компонента смеси.

Для реакции с $CuO$ (уравнение 1), соотношение $n(CuO) : n(HNO_3) = 1:2$. Следовательно:

$n_1(HNO_3) = 2 \times n(CuO) = 2 \times 0.2 \text{ моль} = 0.4 \text{ моль}$

Для реакции с $Cu$ (уравнение 2), соотношение $n(Cu) : n(HNO_3) = 1:4$. Следовательно:

$n_2(HNO_3) = 4 \times n(Cu) = 4 \times 0.3 \text{ моль} = 1.2 \text{ моль}$

Найдем общее количество вещества азотной кислоты, необходимое для растворения всей смеси:

$n_{общ}(HNO_3) = n_1(HNO_3) + n_2(HNO_3) = 0.4 \text{ моль} + 1.2 \text{ моль} = 1.6 \text{ моль}$

Теперь вычислим массу чистой азотной кислоты, которая потребуется для реакций:

$m(HNO_3) = n_{общ}(HNO_3) \times M(HNO_3) = 1.6 \text{ моль} \times 63 \text{ г/моль} = 100.8 \text{ г}$

Зная массу чистой азотной кислоты и ее массовую долю в растворе, найдем массу всего раствора:

$m(\text{р-ра } HNO_3) = \frac{m(HNO_3)}{w(HNO_3)} = \frac{100.8 \text{ г}}{0.56} = 180 \text{ г}$

Ответ: потребуется 180 г раствора азотной кислоты.