Вопрос школьника
Смесь карбонатов магния и бария растворили в избытке азотной кислоты. Выделился газ объёмом 13,44 л (н.у.). При действии избытка серной кислоты на полученный раствор образовался осадок массой 46,6 г. Рассчитайте массовые доли (в %) веществ в исходной смеси
Ответ от учителя
Первым шагом необходимо определить, какой газ выделился при реакции карбонатов магния и бария с азотной кислотой. Так как газ выделился при нормальных условиях (н.у.), то его объем можно пересчитать к стандартным условиям (с.у.) с помощью уравнения состояния идеального газа:
PV = nRT
где P — давление газа, V — его объем, n — количество вещества газа, R — универсальная газовая постоянная, T — температура газа.
При н.у. давление газа равно 1 атмосфере, а температура — 0 градусов Цельсия. Подставляя эти значения в уравнение, получаем:
V(с.у.) = V(н.у.) * (273.15 K / 273.15 K) * (1 atm / 0.9869 atm) = 13.44 л * 1.01325 = 13.63 л
Таким образом, объем газа при стандартных условиях равен 13.63 л.
Далее необходимо определить, какие вещества содержались в исходной смеси. Реакция карбонатов магния и бария с азотной кислотой приводит к образованию соответствующих нитратов:
MgCO3 + 2HNO3 → Mg(NO3)2 + CO2 + H2O
BaCO3 + 2HNO3 → Ba(NO3)2 + CO2 + H2O
Таким образом, в исходной смеси содержались карбонаты магния и бария.
При действии избытка серной кислоты на полученный раствор происходит реакция осаждения нитратов магния и бария:
Mg(NO3)2 + H2SO4 → MgSO4 + 2HNO3
Ba(NO3)2 + H2SO4 → BaSO4 + 2HNO3
Таким образом, осадок, образовавшийся при действии избытка серной кислоты на раствор нитратов магния и бария, состоит из сульфата бария (BaSO4).
Масса осадка равна 46.6 г. Массовая доля бария в сульфате бария равна 233.4 г/моль / 233.4 г/моль + 32.1 г/моль = 0.879. Таким образом, массовая доля бария в исходной смеси равна:
0.879 * (137.3 г/моль / (137.3 г/моль + 84.0 г/моль)) * 100% = 60.5%
Аналогично, массовая доля магния в исходной смеси равна:
(1 — 0.879) * (24.3 г/моль / (24.3 г/моль + 84.0 г/моль)) * 100% = 39.5%
Таким образом, массовые доли веществ в исходной смеси составляют 60.5% бария и 39.5% магния.
