Question

Смесь, состоящую из оксида меди(II) и чистой меди, растворили в необходимом количестве 60%-го раствора азотной кислоты. При этом выделилось 9,5 л газа и образовалось 540 г раствора с массовой долей нитрата меди 22%. Найдите массовые доли меди и оксида меди в исходной смеси, а также массу добавленного раствора азотной кислоты.

Answer 1

дано:
V(NO2) = 9.5 л m(раствора Cu(NO3)2) = 540 г ω(Cu(NO3)2) = 22% = 0.22 ω(HNO3) = 60% = 0.6

найти:
ω(Cu) в смеси ω(CuO) в смеси m(раствора HNO3)

решение:

Масса Cu(NO3)2 в растворе:
m(Cu(NO3)2) = ω(Cu(NO3)2) * m(раствора Cu(NO3)2) = 0.22 * 540 г = 118.8 г

Количество вещества Cu(NO3)2:
n(Cu(NO3)2) = m(Cu(NO3)2) / M(Cu(NO3)2) = 118.8 г / 187.5 г/моль ≈ 0.63 моль

Реакции растворения:
Cu + 4HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O CuO + 2HNO3 = Cu(NO3)2 + H2O

Из уравнений видно, что 1 моль Cu(NO3)2 образуется из 1 моль Cu и из 1 моль CuO.
Пусть n(Cu) = x моль, n(CuO) = y моль. Тогда:
x + y = 0.63 моль (по количеству Cu(NO3)2)

Количество вещества NO2:
n(NO2) = V(NO2) / Vm = 9.5 л / 22.4 л/моль ≈ 0.424 моль

Из уравнения реакции растворения меди видно, что из 1 моль Cu образуется 2 моль NO2.
2x = 0.424 моль x ≈ 0.212 моль

Тогда:
y = 0.63 моль - 0.212 моль ≈ 0.418 моль

Массы Cu и CuO:
m(Cu) = n(Cu) * M(Cu) = 0.212 моль * 63.5 г/моль ≈ 13.46 г m(CuO) = n(CuO) * M(CuO) = 0.418 моль * 79.5 г/моль ≈ 33.23 г

Массовые доли в смеси:
m(смеси) = m(Cu) + m(CuO) ≈ 13.46 г + 33.23 г ≈ 46.69 г

ω(Cu) = m(Cu) / m(смеси) ≈ 13.46 г / 46.69 г ≈ 0.288 ≈ 28.8% ω(CuO) = m(CuO) / m(смеси) ≈ 33.23 г / 46.69 г ≈ 0.712 ≈ 71.2%

Количество вещества HNO3:
Из уравнений реакций: на 1 моль Cu расходуется 4 моль HNO3, на 1 моль CuO - 2 моль HNO3.

n(HNO3) = 4n(Cu) + 2n(CuO) = 4(0.212 моль) + 2(0.418 моль) ≈ 1.67 моль

Масса HNO3:
m(HNO3) = n(HNO3) * M(HNO3) = 1.67 моль * 63 г/моль ≈ 105.2 г

Масса раствора HNO3:
m(раствора HNO3) = m(HNO3) / ω(HNO3) = 105.2 г / 0.6 ≈ 175.3 г

Ответ:
ω(Cu) ≈ 28.8% ω(CuO) ≈ 71.2% m(раствора HNO3) ≈ 175.3 г