Номер 424, страница 84 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

424. При растворении смеси меди и оксида меди(II) общей массой 67,2 мг в концентрированной азотной кислоте выделился бурый газ химическим количеством 1,60 ммоль. Рассчитайте массовую долю оксида меди(II) в исходной смеси.

Дано:

$m(смеси_{Cu, CuO}) = 67,2 \text{ мг}$

$n(NO₂) = 1,60 \text{ ммоль}$

$m(смеси_{Cu, CuO}) = 67,2 \cdot 10^{-3} \text{ г} = 0,0672 \text{ г}$

$n(NO₂) = 1,60 \cdot 10^{-3} \text{ моль} = 0,0016 \text{ моль}$

Найти:

$\omega(CuO) - ?$

Решение:

При растворении смеси в концентрированной азотной кислоте протекают две реакции. Бурый газ, оксид азота(IV) ($NO_2$), выделяется только в реакции металлической меди с кислотой, так как реакция оксида меди(II) с кислотой является реакцией обмена и не сопровождается изменением степеней окисления и выделением газа.

1. Уравнение реакции меди с концентрированной азотной кислотой:

$Cu + 4HNO_3 (конц.) \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 2H_2O$

2. Уравнение реакции оксида меди(II) с азотной кислотой:

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

Весь выделившийся бурый газ ($NO_2$) образовался в ходе первой реакции. Зная его химическое количество, можно рассчитать количество вещества и массу меди в исходной смеси.

По уравнению реакции (1) соотношение количеств вещества меди и оксида азота(IV) составляет:

$n(Cu) : n(NO_2) = 1 : 2$

Отсюда, количество вещества меди равно:

$n(Cu) = \frac{1}{2} n(NO_2) = \frac{1}{2} \cdot 1,60 \text{ ммоль} = 0,80 \text{ ммоль}$

Рассчитаем массу меди в смеси. Молярная масса меди $M(Cu) \approx 64 \text{ г/моль}$ или $64 \text{ мг/ммоль}$.

$m(Cu) = n(Cu) \cdot M(Cu) = 0,80 \text{ ммоль} \cdot 64 \frac{\text{мг}}{\text{ммоль}} = 51,2 \text{ мг}$

Теперь можно найти массу оксида меди(II) в смеси, вычитая массу меди из общей массы смеси:

$m(CuO) = m(смеси) - m(Cu) = 67,2 \text{ мг} - 51,2 \text{ мг} = 16,0 \text{ мг}$

Наконец, рассчитаем массовую долю оксида меди(II) в исходной смеси по формуле:

$\omega(CuO) = \frac{m(CuO)}{m(смеси)} \cdot 100\%$

$\omega(CuO) = \frac{16,0 \text{ мг}}{67,2 \text{ мг}} \cdot 100\% \approx 0,2381 \cdot 100\% \approx 23,81\%$

Округляя до трёх значащих цифр, получаем 23,8%.

Ответ: массовая доля оксида меди(II) в исходной смеси составляет 23,8%.