Question

Медные опилки массой 381 мг нагрели на воздухе. При этом часть меди превратилась в оксид меди(II). Массовая доля кислорода в полученном твёрдом продукте стала равна 7,75 %. Половину полученного твёрдого продукта поместили в трубчатую печь, нагрели до 400 о С и пропустили над ней водород объёмом (н. у.) 11,2 см3 , а затем охладили в токе азота. а) Приведите уравнения реакций, протекающих в описанном эксперименте. б) Оксид меди(II) какой массой образовался в результате нагревания медных опилок на воздухе? в) Какое число атомов меди приходится на один атом кислорода в продукте, образовавшемся после охлаждения печи? Приведите ваши расчёты. г) Как изменится ответ на предыдущий пункт задачи, если охлаждение трубчатой печи будет проводиться на воздухе, а не в атмосфере азота? Кратко поясните свой ответ.

Answer 1

дано:
- масса медных опилок = 381 мг = 0.381 г
- массовая доля кислорода в продукте = 7.75%

найти:
а) уравнения реакций
б) массу оксида меди(II), образовавшегося в результате нагревания медных опилок
в) число атомов меди на один атом кислорода в продукте, образовавшемся после охлаждения печи
г) как изменится ответ, если охлаждение будет проводиться на воздухе

решение:

а) Уравнения реакций:
1. Окисление меди (процесс нагревания медных опилок на воздухе):
   2Cu + O2 → 2CuO

2. Восстановление оксида меди(II) водородом при температурах около 400 °C:
   CuO + H2 → Cu + H2O

б) Найдём массу оксида меди(II), образовавшегося в результате нагревания медных опилок.

Обозначим массу полученного твёрдого продукта как m(продукта). Мы знаем, что массовая доля кислорода в продукте составляет 7.75%.
Следовательно, можно записать уравнение для массы кислорода:

m(O) = 0.0775 * m(продукта)

Так как медь и кислород в оксиде меди(II) соединены в соотношении 1:1 с учетом молекулярной массы, то:

m(Cu) = m(продукта) - m(O)

Подставим m(O):

m(Cu) = m(продукта) - 0.0775 * m(продукта)
m(Cu) = (1 - 0.0775) * m(продукта)
m(Cu) = 0.9225 * m(продукта)

Сумма масс меди и кислорода равна массе медных опилок, которая была использована в реакции:

m(Cu) + m(O) = 0.381 г
0.9225 * m(продукта) + 0.0775 * m(продукта) = 0.381 г
m(продукта) = 0.381 г

Теперь найдем массу оксида меди(II):
m(O) = 0.0775 * 0.381 г = 0.0295 г или 29.5 мг

в) Найдём число атомов меди на один атом кислорода в продукте.

Определим количество вещества оксида меди(II):
M(CuO) = M(Cu) + M(O) = 63.5 г/моль + 16 г/моль = 79.5 г/моль

Количество вещества оксида меди(II) в полученном продукте:
n(CuO) = m(продукта) / M(CuO) = 0.381 г / 79.5 г/моль ≈ 0.00479 моль

Количество вещества кислорода в полученном продукте:
n(O) = m(O) / M(O) = 0.0295 г / 16 г/моль ≈ 0.00184 моль

Число атомов меди на один атом кислорода:
число атомов меди / число атомов кислорода = n(CuO) / n(O) = 0.00479 моль / 0.00184 моль ≈ 2.60

Ответ: на один атом кислорода приходится примерно 2.6 атомов меди.