Question

Самой высокотемпературной керамикой в настоящее время является HgBa2Ca2Cu3O8, для которой температура перехода в сверхпроводящее состояние равна примерно 135 К (или –138 °С). Для её получения смешивают ряд подходящих соединений (или растворов). Полученную смесь (шихту) высушивают, а затем прокаливают при определённой температуре. Считая, что в вашем распоряжении имеются твёрдые BaCO3, CaCO3, Cu(NO3)2 · 3H2O и раствор Hg(NO3)2 с массовой долей 5,12 % (плотность 1,14 г/см3), рассчитайте, какие навески солей и какой объём раствора необходимы для получения 120 г керамики состава HgBa2Ca2Cu3O8. Приведите молекулярные уравнения реакций, которые могут протекать при прокаливании каждой из указанных выше солей. Приведите суммарное уравнение реакции, протекающей при получении керамики.

Answer 1

дано:  
- Массa керамики (HgBa2Ca2Cu3O8) = 120 г.  
- Молярная масса HgBa2Ca2Cu3O8:  
  M(Hg) = 200,59 г/моль,  
  M(Ba) = 137,33 г/моль,  
  M(Ca) = 40,08 г/моль,  
  M(Cu) = 63,55 г/моль.  
  M(HgBa2Ca2Cu3O8) = 200,59 + 2*137,33 + 2*40,08 + 3*63,55 = 364,82 г/моль.

найти:  
1. Навески солей для получения 120 г керамики.
2. Объем раствора Hg(NO3)2, необходимый для получения нужного количества керамики.

решение:  

1. Определим количество вещества керамики:  
   n = m / M = 120 г / 364,82 г/моль ≈ 0,328 моль.

2. Рассчитаем необходимое количество каждого компонента в 1 моль HgBa2Ca2Cu3O8:  
   - Hg: 1 моль  
   - Ba: 2 моль  
   - Ca: 2 моль  
   - Cu: 3 моль

3. Определим навески соответствующих солей:  
   - BaCO3:  
     M(BaCO3) = 137,33 + 12 + 16*3 = 197,34 г/моль.  
     Для 2 моль Ba потребуется:  
     m(BaCO3) = 2 * 197,34 г/моль * 0,328 моль ≈ 129,61 г.

   - CaCO3:  
     M(CaCO3) = 40,08 + 12 + 16*3 = 100,09 г/моль.  
     Для 2 моль Ca потребуется:  
     m(CaCO3) = 2 * 100,09 г/моль * 0,328 моль ≈ 65,69 г.

   - Cu(NO3)2·3H2O:  
     M(Cu(NO3)2·3H2O) = 63,55 + (14 + 16*3)*2 + 3*(1 + 16) = 187,56 г/моль.  
     Для 3 моль Cu потребуется:  
     m(Cu(NO3)2·3H2O) = 3 * 187,56 г/моль * 0,328 моль ≈ 184,10 г.

4. Рассчитаем объем раствора Hg(NO3)2, необходимого для получения 1 моль ртути:  
   M(Hg(NO3)2) = 200,59 + 2*(14 + 16*3) = 324,59 г/моль.  
   Для 0,328 моль Hg потребуется:  
   m(Hg(NO3)2) = 0,328 моль * 324,59 г/моль ≈ 106,49 г.

5. Используем массовую долю и плотность раствора Hg(NO3)2 для расчета объема:  
   Массовая доля = 5,12%, значит в 100 г раствора содержится 5,12 г Hg(NO3)2.  
   Следовательно, в 1 г раствора содержится 0,0512 г Hg(NO3)2.  
   Объем раствора V = m / (плотность) = 106,49 г / (1,14 г/см3) ≈ 93,47 см3.

реакции:  
При прокаливании солей могут происходить следующие реакции:

1. BaCO3 -> BaO + CO2 ↑  
2. CaCO3 -> CaO + CO2 ↑  
3. Cu(NO3)2 · 3H2O -> CuO + 2NO2 ↑ + 2H2O  
4. Hg(NO3)2 -> Hg + 2NO2 ↑ + O2 ↑

Суммарное уравнение реакции:  
Hg + 2BaO + 2CaO + 3CuO -> HgBa2Ca2Cu3O8

ответ:  
Необходимые навески солей:  
- BaCO3: 129,61 г  
- CaCO3: 65,69 г  
- Cu(NO3)2·3H2O: 184,10 г  
Объем раствора Hg(NO3)2