Вопрос школьника
При растворении меди в концентрированной азотной кислоте выделилось 11,2 л (н.у.) бурого газа. Масса прореагировавшей меди равна
Ответ от учителя
Для решения данной задачи необходимо использовать закон пропорций Гей-Люссака, который гласит, что при одинаковых условиях температуры и давления, объемы реагирующих газов пропорциональны их стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции.
Уравнение реакции между медью и азотной кислотой выглядит следующим образом:
Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
Из уравнения видно, что на одну моль меди (Cu) требуется четыре моля азотной кислоты (HNO3). Следовательно, объем газа, выделившегося при реакции, пропорционален количеству использованной азотной кислоты.
Для расчета массы прореагировавшей меди необходимо сначала определить количество использованной азотной кислоты. Для этого объем выделившегося газа необходимо перевести в условия стандартной температуры и давления (н.у.), которые равны 0 градусов Цельсия и 101,325 кПа соответственно.
По уравнению состояния идеального газа, объем газа пропорционален количеству молей газа:
V = nRT/P
где V — объем газа, n — количество молей газа, R — универсальная газовая постоянная, T — температура газа в кельвинах, P — давление газа.
Подставляя известные значения, получаем:
n = PV/RT = (101,325 Па * 11,2 л) / (8,31 Дж/моль*К * 273 К) = 0,048 моль
Таким образом, на одну моль меди требуется четыре моля азотной кислоты, следовательно, количество использованной азотной кислоты равно:
n(HNO3) = 4 * n(Cu) = 4 * 0,048 моль = 0,192 моль
Масса прореагировавшей меди определяется по ее молярной массе и количеству использованной меди:
m(Cu) = n(Cu) * M(Cu) = 0,048 моль * 63,55 г/моль = 3,05 г
Ответ: масса прореагировавшей меди равна 3,05 г.
