Дано:
- Объем раствора азотной кислоты = 150 мл = 0,150 л.
- Массовая доля азотной кислоты = 18% = 0,18.
- Плотность раствора азотной кислоты = 1,14 г/мл.
- Масса карбоната кальция (CaCO3) = 11 г.
- Реакция между карбонатом кальция и азотной кислотой:
CaCO3 + 2HNO3 → Ca(NO3)2 + CO2 + H2O.
Найти:
- Массовые доли всех веществ в растворе после окончания реакции.
Решение:
1. Найдем массу раствора азотной кислоты:
Масса раствора = объем × плотность = 0,150 л × 1,14 г/мл × 1000 мл/л = 171 г.
2. Найдем массу азотной кислоты в растворе:
Масса HNO3 = масса раствора × массовая доля HNO3 = 171 г × 0,18 = 30,78 г.
3. Найдем количество вещества азотной кислоты:
Молекулярная масса HNO3 = 1 + 14 + 3 × 16 = 63 г/моль.
Количество вещества HNO3 = масса HNO3 / молекулярная масса HNO3 = 30,78 г / 63 г/моль = 0,488 моль.
4. Найдем количество вещества карбоната кальция:
Молекулярная масса CaCO3 = 40 + 12 + 3 × 16 = 100 г/моль.
Количество вещества CaCO3 = масса CaCO3 / молекулярная масса CaCO3 = 11 г / 100 г/моль = 0,11 моль.
5. Определим, какое количество азотной кислоты вступит в реакцию:
Из уравнения реакции видно, что на 1 моль CaCO3 нужно 2 моль HNO3.
Количество вещества HNO3, необходимое для реакции с 0,11 моль CaCO3, будет равно:
0,11 моль × 2 = 0,22 моль.
6. Определим остаток азотной кислоты после реакции:
Начальное количество вещества HNO3 = 0,488 моль.
Количество HNO3, которое прореагирует, = 0,22 моль.
Остаток HNO3 = 0,488 моль - 0,22 моль = 0,268 моль.
7. Определим массу остаточной азотной кислоты:
Масса остаточной HNO3 = количество вещества × молекулярная масса = 0,268 моль × 63 г/моль = 16,884 г.
8. Найдем массу кальциевого нитрата (Ca(NO3)2), образующегося в реакции:
Из уравнения реакции видно, что на 1 моль CaCO3 образуется 1 моль Ca(NO3)2.
Количество вещества Ca(NO3)2 = 0,11 моль.
Молекулярная масса Ca(NO3)2 = 40 + 2 × (14 + 3 × 16) = 40 + 2 × 62 = 164 г/моль.
Масса Ca(NO3)2 = 0,11 моль × 164 г/моль = 18,04 г.
9. Найдем массу образовавшегося углекислого газа (CO2):
Из уравнения реакции 1 моль CaCO3 дает 1 моль CO2.
Количество вещества CO2 = 0,11 моль.
Молекулярная масса CO2 = 12 + 2 × 16 = 44 г/моль.
Масса CO2 = 0,11 моль × 44 г/моль = 4,84 г.
10. Найдем массу воды (H2O):
Из уравнения реакции на 1 моль CaCO3 образуется 1 моль воды.
Количество вещества H2O = 0,11 моль.
Молекулярная масса H2O = 2 + 16 = 18 г/моль.
Масса H2O = 0,11 моль × 18 г/моль = 1,98 г.
11. Найдем общую массу раствора после реакции:
Общая масса раствора = масса исходного раствора + масса добавленного карбоната кальция - масса образовавшегося CO2.
Общая масса раствора = 171 г + 11 г - 4,84 г = 177,16 г.
12. Найдем массовые доли веществ в растворе:
- Массовая доля HNO3 = масса остаточной HNO3 / общая масса раствора = 16,884 г / 177,16 г = 0,0953 = 9,53%.
- Массовая доля Ca(NO3)2 = масса Ca(NO3)2 / общая масса раствора = 18,04 г / 177,16 г = 0,101. = 10,1%.
- Массовая доля CO2 = масса CO2 / общая масса раствора = 4,84 г / 177,16 г = 0,0273 = 2,73%.
- Массовая доля H2O = масса H2O / общая масса раствора = 1,98 г / 177,16 г = 0,0112 = 1,12%.
- Массовая доля CaCO3 = масса CaCO3 / общая масса раствора = 11 г / 177,16 г = 0,0621 = 6,21%.
Ответ:
- Массовая доля HNO3 = 9,53%.
- Массовая доля Ca(NO3)2 = 10,1%.
- Массовая доля CO2 = 2,73%.
- Массовая доля H2O = 1,12%.
- Массовая доля CaCO3 = 6,21%.