При пропускании водорода над оксидом меди (II) восстанавливается медь: CuO + H2 → Cu + H2O (нагревание) (I)
Вычислим количество вещества водорода, участвовавшего в восстановлении оксида меди (II): νисх.(H2) = V(H2)/Vm = 2,24 л/22,4 л/моль = 0,1 моль, νисх.(CuO) = 12 г/80 г/моль = 0,15 моль.
Согласно уравнению (I) ν(CuO) = ν(H2) = ν(Cu), следовательно, образуется 0,1 моль меди и остается νост.(CuO) = ν(тв. ост.) − νисх.(H2) = 0,15 моль – 0,1 моль = 0,05 моль.
Вычислим массы образовавшейся меди и непрореагировавшего оксида меди (II): mост.(CuO) = νост.(CuO) • M(CuO) = 0,05 моль • 80 г/моль = 4 г; m(Cu) = ν(Cu) • M(Cu) = 0,1 моль • 64 г/моль = 6,4 г.
Твердый остаток, состоящий из металлической меди и непрореагировавшего оксида меди (II), реагирует с азотной кислотой согласно уравнениям: Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O (II) CuO + 2HNO3 → Cu(NO3)2 + H2O (III)
Вычислим количество вещества азотной кислоты: mисх.(HNO3) = m(р-ра HNO3) • ω(HNO3) = 126 г • 0,85 = 107,1 г, отсюда νисх.(HNO3) = mисх.(HNO3)/M(HNO3) = 107,1 г/63 г/моль = 1,7 моль.
Согласно уравнению (II) νII(HNO3) = 4ν(Cu), согласно уравнению (III) νIII(HNO3) = 2νост.(CuO), следовательно, νобщ.(HNO3) = νII(HNO3) + νIII(HNO3) = 4 • 0,1 моль + 2 • 0,05 моль = 0,5 моль.
Вычислим общую массу азотной кислоты, реагирующей по реакциям (II) и (III): mобщ.(HNO3) = νобщ.(HNO3) • M(HNO3) = 0,5 моль • 63 г/моль = 31,5 г.
Вычислим массу непрореагировавшей азотной кислоты: mост.(HNO3) = mисх.(HNO3) − mобщ.(HNO3) = 107,1 г – 31,5 г = 75,6.
Для того чтобы вычислить массу образовавшегося раствора, необходимо учесть массу диоксида азота, выделяющегося в реакции (II): ν(NO2) = 2m(Cu), следовательно, ν(NO2) = 0,2 моль и m(NO2) = ν(NO2) • M(NO2) = 0,2 моль • 46 г/моль = 9,2 г.
Вычислим массу образовавшегося раствора: m(р-ра) = m(р-ра HNO3) + m(Cu) + m(CuO) − m(NO2) = 126 г + 6,4 г + 4 г − 9,2 г = 127,2 г.
Массовая доля азотной кислоты в образовавшемся растворе равна: ω(HNO3) = mост.(HNO3)/m(р-ра) • 100% = 75,6 г/127,2 г • 100% = 59,43%.