Дано:
Масса сплава меди с алюминием: 12,8 г
Масса остатка после прокаливания: 4 г
Найти:
Процент массовой доли меди в сплаве
Решение:
1. Рассмотрим последовательность реакций, которые происходят с исходным сплавом.
2. Сплав обрабатывают избытком соляной кислоты (HCl). В результате происходит реакция между медью (Cu) и соляной кислотой:
Cu + 2HCl → CuCl2 + H2↑
Из уравнения видно, что на каждый моль меди требуется два моля соляной кислоты. Поэтому количество молей меди равно половине количества молей соляной кислоты:
n(Cu) = n(HCl) / 2
3. После обработки сплава соляной кислотой получается раствор медного(II) хлорида (CuCl2). Раствор промывают и растворяют в концентрированной азотной кислоте (HNO3). В результате происходит реакция между медным(II) хлоридом и азотной кислотой:
CuCl2 + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O
Из уравнения видно, что каждый моль медного(II) хлорида соответствует одному молю медного(II) нитрата (Cu(NO3)2). Поэтому количество молей меди сохраняется:
n(Cu) = n(Cu(NO3)2)
4. Раствор Cu(NO3)2 выпаривают до полного удаления воды. После выпаривания остается медный(II) нитрат (Cu(NO3)2) в твердом состоянии.
5. Твердое вещество прокаливают, что означает его нагрев до высокой температуры. При этом происходит разложение Cu(NO3)2 на медь (Cu), кислород (O2) и оксид азота (NO):
2Cu(NO3)2 → 2CuO + 4NO2↑ + O2↑
Из уравнения видно, что на каждый моль Cu(NO3)2 образуется два моля меди (Cu). Поэтому количество молей меди увеличивается в два раза:
n(Cu) = 2 * n(Cu(NO3)2)
6. Масса вещества после прокаливания равна 4 г. Следовательно, масса меди равна половине массы твердого вещества после прокаливания:
m(Cu) = 4 г / 2 = 2 г
7. Рассчитаем количество молей меди, используя ее молярную массу:
M(Cu) = 63,5 г/моль
n(Cu) = m(Cu) / M(Cu) = 2 г / 63,5 г/моль ≈ 0,0316 моль
8. Рассчитаем массу сплава меди и алюминия, исходя из количества молей меди:
m(сплав) = n(Cu) * (M(Cu) + M(Al))
Предположим, что сплав состоит только из меди и алюминия.
M(Al) = 26,98 г/моль
m(сплав) = 0,0316 моль * (63,5 г/моль + 26,98 г/моль) ≈ 3,39 г
9. Рассчитаем процент массовой доли меди в сплаве:
% мас. меди = (m(Cu) / m(сплав)) * 100
% мас. меди = (2 г / 3,39 г) * 100 ≈ 59,0%
Ответ:
Процент массовой доли меди в сплаве составляет примерно 59,0%.