9.9. Сплав алюминия с цинком массой 4,57 г растворили в 43,75 мл 70% раствора азотной кислоты (плотность 1,44 г/мл). В результате реакции выделился газ объемом 7,68 л (объем измерен при 15°С и 1 атм.). К полученному раствору добавили 35 г гидрокарбоната натрия. Рассчитайте мольные доли металлов в сплаве, массу осадка и объем газа (измеренный при 15°С и 1 атм.), образовавшихся в результате реакции с гидрокарбонатом натрия. Напишите уравнения всех протекающих реакций.

Al + 6HNO₃ = Al(NO₃)₃ + 3NO₂↑ + 3H₂O

Zn + 4HNO₃ = Zn(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O

Al(NO₃)₃ + 3NaHCO₃ = 3NaNO₃ + Al(OH)₃↓ + 3CO₂↑

HNO₃ + NaHCO₃ = NaNO₃ + CO₂↑ + H₂O

Zn(NO₃)₂ + 2NaHCO₃ = ZnCO₃↓ + H₂O + CO₂↑ + 2NaNO₃

n(HNO₃) = 43,75*1,44*0,7/63 = 0,7 моль

n(NO₂) = PV/RT = 101,325*7,68/(8,314*288) = 0,325 моль

n(HNO₃ ост.) = 0,7 – 0,325*2 = 0,05 моль

n(NaHCO₃) = 35/84 = 0,417 моль

n(NaHCO₃, прореаг. с кислотой) = n(HNO₃ ост.) = 0,05 моль

Пусть в навеске сплава было x моль Al и y моль Zn. Тогда:

n(NaHCO₃ на реакцию с нитратами) = 0,417 – 0,05 = 0,367 = 3x + 2y

Но в тоже время 3x + 2y = 0,325 < 0,367

Значит, гидрокарбонат добавлен в избытке.

0,325 = 3x + 2y

4,57 = 27x + 65y

x = (0,325 – 2y)/3

4,57 = 2,925 – 18y + 65y

y = 0,035

x = 0,085

x(Al) = (0,085/(0,085 + 0,035))*100% = 70,8%

x(Zn) = 100 – 71 = 29,2%

m(осадка) = m(Al(OH)₃) + m(ZnCO₃) = 0,085*78 + 0,035*125 = 13,26 г

n(CO₂) = n(HNO₃ ост.) + 3n(Al) + n(Zn) = 0,05 + 0,255 + 0,035 = 0,34 моль

V(CO₂) = nRT/P = 0,34*8,314*288/101,325 = 8,03 л

Ответ: x(Al) = 70,8%, x(Zn) = 29,2%; m(осадка) = 13,26 г; V(CO₂) = 8,03 л

6. Какой объем газов (дм3, н. У.) выделяется при полном термическом разложении 4,26 г нитрата алюминия согласно уравнению реакции:

4Al(NO₃)₃ = 2Al₂O₃ + 12NO₂ + 3O₂.

n(Al(NO₃)₃) = 4,26/213 = 0,02 моль

n(газов) = ((12 + 3)/4)*n(Al(NO₃)₃) = 0,075 моль

V(газов) = 0,075*22,4 = 1,68 л

Ответ: 1,68 дм³

Какой объём 96% серной кислоты (плотность 1,84 г/мл) необходим для растворения 120 г смеси меди и оксида меди (II), если при обработке 2 г этой смеси азотной кислотой выделилось 0,448 л (н. у.) оксида азота (IV)?

Cu + 4HNO₃ (конц.) = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O

CuO + 2HNO₃ = Сu(NO₃)₂ + H₂O

Cu + 2H₂SO₄ = CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O

CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O

n(NO₂) = 0,448/22,4 = 0,02 моль

n(Cu) = (½)n(NO₂) = 0,01 моль

m(Cu) = 0,01*64 = 0,64 г

m(CuO) = 2 – 0,64 = 1,36 г

n(CuO) = 1,36/80 = 0,017 моль

120/2 = 60 – в 60 раз большее количество смеси вступает в реакцию с серной кислотой.

n(H₂SO₄) = 2*0,01*60 +1*0,017*60 = 2,22 моль

m(H₂SO₄) = 2,22*98 = 217,56 г

m(H₂SO₄, 96%) = 217,56*100/96 = 226,625 г

V(H₂SO₄, 96%) = 226,625/1,84 = 123,2 мл

Ответ: 123,2 мл

При взаимодействии углерода с концентрированной азотной кислотой выделилось 11,2 л смеси двух газов (измерено при нормальных условиях). Определите массу 68%-ного раствора азотной кислоты, использованной для реакции.

С + 4HNO₃ (конц.) = CO₂↑ + 4NO₂↑ + 2H₂O

n(смеси газов) = 11,2/22,4 = 0,5 моль

n(HNO₃) = (4/(1+4))*n(смеси газов) = 0,4 моль

m(HNO₃) = 0,4*63 = 25,2 г

m(HNO₃, 68%) = 25,2*100/68 = 31,1 г

Ответ: 31,1 г

0,582 Г меди растворили в азотной кислоте, полученную соль разложили, в результате получили 0,728 г оксида меди. Вычислить эквивалент меди.

Cu → Cu(NO₃)₂ → CuO

0,582 г меди эквивалентны 0,728 г оксида меди.

Э_CuO = M(CuO)/(число атомов элемента*валентность элемента) = 80/(1*2) = 40 г/моль

Э_Cu = 0,582*40/0,728 = 32 г/моль

Ответ: 32 г/моль

При сгорании смеси метанола и этиламина в необходимом количестве кислорода образовалось 43,2 г воды и 4,48 л газа (н. у.), не поглощающегося раствором гидроксида натрия. Вычислите массовую долю метанола в исходной смеси.

CH₃OH + 1,5O₂ = CO₂↑ + 2H₂O↑

2C₂H₅NH₂ + 7,5O₂ = 4CO₂↑ + N₂↑ + 7H₂O

n(H₂O) = 43,2/18 = 2,4 моль

n(N₂) = 4,48/22,4 = 0,2 моль

Пусть в сожженном количестве смеси было x моль метанола и y моль этиламина. Тогда:

2,4 = 2x + (7/2)y

0,2 = 0,5y

y = 0,4

x = 0,5

ω(CH₃OH) = ((0,5*32)/( 0,5*32 + 0,4*45))*100% = 47,1%

Ответ: 47,1%

На растворение смеси, состоящей из железа и оксида железа (III) израсходовано 133 мл 20%-ной соляной кислоты (плотность 1,096 г/мл). Выделившийся при этом газ образует при сгорании 1,2*10²³ молекул воды. Определите массовую долю железа в смеси.

Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂↑

Fe₂O₃ + 6HCl = 2FeCl₃ + 3H₂O

2H₂ + O₂ = 2H₂O

m(HCl, 20%) = 133*1,096 = 145,8 г

m(HCl) = 145,8*0,2 = 29,16 г

n(HCl) = 29,16/36,5 = 0,8 моль

n(H₂O) = N/N_A = 1,2*10²³ /6*10²³ = 0,2 моль

n(Fe) = n(H₂) = n(H₂O) = 0,2 моль

n(HCl на Fe) = 2n(Fe) = 0,4 моль

n(HCl на Fe₂O₃) = n(HCl) – n(HCl на Fe) = 0,4 моль

n(Fe₂O₃) = n(HCl на Fe₂O₃)/6 = 0,4/6 = 0,0667 моль

m(Fe) = 56*0,2 = 11,2 г

m(Fe₂O₃) = 160*0,0667 = 10,7 г

m(смеси) = 10,7+11,2= 21,9 г;

ω(Fe) = (11,2/21,9)*100% = 51,1%

Ответ: 51,1%

Через избыток раствора известковой воды пропустили смесь, состоящую из CO и CO₂. В результате этого масса образовавшегося газа уменьшилась в 3 раза, а масса образовавшегося в результате реакции осадка составила 20 г. Определите химическое количество CO в исходной смеси.

CO₂ + Ca(OH)₂ = CaCO₃↓ + H₂O

n(CO₂) = n(CaCO₃) = 20/100 = 0,2 моль

m(CO₂) + m(CO) = 3m(CO)

m(CO) = (½)m(CO₂) = (½)*0,2*44 = 4,4 г

n(CO) = 4,4/28 = 0,157 моль

Ответ: 0,157 моль

Сколько граммов брома может присоединить 5л смеси этилена, ацетилена и метана с объёмной долей этилена 44,8% и объёмной долей метана 32,8%? Чему равна плотность данной смеси?

С₂H₄ + Br₂ (CCl₄) = CH₂BrCH₂Br

C₂H₂ + 2Br₂ (CCl₄) = CHBr₂CHBr₂

Реакция метана с бромом происходит только под действием ультрафиолета.

n(C₂H₄) = (5/22,4)*0,448 = 0,1 моль

n(CH₄) = (5/22,4)*0,328 = 0,073 моль

n(C₂H₂) = (5/22,4)*(1 – 0,328 – 0,448) = 0,05 моль

n(Br₂) = 1*0,1 + 2*0,05 = 0,2 моль

m(Br₂) = 0,2*160 = 32 г

m(смеси) = 0,1*28 + 0,05*26 + 0,073*16 = 5,268 г

ρ(смеси) = 5,268/5 = 1,0536 г/л

Ответ: 32 г, 1,054 г/л

Образец смеси бертолетовой соли и дихромата калия массой 19,50 г прокалили и получили 0,672 л (н. у.) газа. Другой образец исходной смеси такой же массы обработали концентрированной соляной кислотой и получили 6,72 л (н. у.) газа. Определите массовую долю примесей в исходной смеси.

4KClO₃ = 3KClO₄ + KCl

4K₂Cr₂O₇ = 4K₂CrO₄ + 2Cr₂O₃ + 3O₂↑

KClO₃ + 6HCl = KCl + 3Cl₂↑ + 3H₂O

K₂Cr₂O₇ + 14HCl = 2CrCl₃ + 3Cl₂↑ + 7H₂O + 2KCl

n(O₂) = 0,672/22,4 = 0,03 моль

n(Cl₂) = 6,72/22,4 = 0,3 моль

Пусть в навеске было x моль хлората калия и y моль дихромата калия. Тогда:

0,03 = (¾)y

0,3 = 3x + 3y

y = 0,04

x = 0,06

m(KClO₃) + m(K₂Cr₂O₇) = 0,06*122,5 + 0,04*294 = 19,11 г

m(примесей) = 19,50 – 19,11 = 0,39 г

ω(примесей) = (0,39/19,50)*100% = 2%

Ответ: 2%

14-28. Аммиачная вода первого сорта, выпускаемая заводами синтетического аммиака, содержит 25% аммиака по массе. В какой массе ее содержится 5 моль аммиака?

m(NH₃) = 5*17 = 85 г

m(амм. воды) = 85*100/25 = 340 г

Ответ: 340 г

22. Сплав меди и алюминия массой 2,00 г обработали избытком раствора щелочи. Остаток отфильтровали, промыли, растворили в HNO₃, раствор выпарили и прокалили до постоянной массы. Масса остатка после прокаливания составила 0,736 г. Рассчитайте массовые доли металлов в сплаве.

Cu + NaOH → ×

2Al + 2NaOH + 6H₂O = 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂↑

Cu → Cu(NO₃)₂

2Cu(NO₃)₂ = 2CuO + 4NO₂↑ + O₂↑

n(CuO) = 0,736/80 = 0,0092 моль

n(Cu) = n(CuO) = 0,0092 моль

m(Cu) = 0,0092*64 = 0,5888 г

ω(Cu) = (0,5888/2)*100% = 29,44%

ω(Al) = 100 – 29,44 = 70,56%

Ответ: ω(Cu) = 29,44%, ω(Al) = 70,56%

27. Навеску смеси Al₄C₃ и AlCl₃ растворили в избытке раствора NaOH, выделилось 20,16 дм³ (н. у.) газа. Через полученный раствор пропустили CO₂ до прекращения выпадения осадка, масса которого составила 117 г. Определите массовые доли веществ в исходной смеси.

Al₄C₃ + 4NaOH + 12H₂O = 4Na[Al(OH)₄] + 3CH₄↑

AlCl₃ + 4NaOH = Na[Al(OH)₄] + 3NaCl

Na[Al(OH)₄] + CO₂ = Al(OH)₃↓ + NaHCO₃

n(CH₄) = 20,16/22,4 = 0,9 моль

n(Al(OH)₃) = 117/78 = 1,5 моль

Пусть в навеске было x моль карбида алюминия и y моль хлорида алюминия. Тогда:

0,9 = 3x

1,5 = 4x + y

x = 0,3

y = 0,3

m(Al₄C₃) = 0,3*144 = 43,2 г

m(AlCl₃) = 0,3*133,5 = 40,05 г

ω(Al₄C₃) = 100%*(43,2/(43,2 + 40,05)) = 51,9%

ω(AlCl₃) = 100 – 51,9 = 48,1%

Ответ: ω(Al₄C₃) = 51,9%, ω(AlCl₃) = 48,1%