Вопрос школьника
В разбавленный азотной кислоте растворено 128 г меди. Какая масса HNO3 (в расчете на 100%-ную) была израсходована на окисление и какая масса на солеобразование?
Ответ от учителя
Для решения данной задачи необходимо знать, что медь может быть окислена азотной кислотой до двух степеней окисления: Cu → Cu(NO3)2 (окисление до Cu2+) и Cu → Cu(NO3)2 + NO2 + H2O (окисление до Cu+). При этом первое окисление происходит быстрее и более полное, чем второе.
Из условия задачи известно, что в растворе содержится 128 г меди. Поскольку медь может быть окислена до двух степеней окисления, то необходимо определить, какая из них произошла. Для этого можно воспользоваться молярной массой меди и массовой долей ее соответствующих оксидов:
— Молярная масса Cu = 63,55 г/моль
— Массовая доля Cu(NO3)2 в Cu(NO3)2 + Cu(NO3)2 + NO2 + H2O = 63,55 × 2 / (63,55 × 2 + 14 × 2 + 48 × 6 + 16) ≈ 0,36
— Массовая доля Cu(NO3)2 в Cu(NO3)2 + NO2 + H2O = 63,55 / (63,55 + 14 + 48 × 2 + 16) ≈ 0,22
Таким образом, если была произведена полная окисление меди до Cu(NO3)2, то масса HNO3, израсходованная на это, будет равна:
m(HNO3) = m(Cu) / (массовая доля Cu(NO3)2 в Cu(NO3)2 + Cu(NO3)2 + NO2 + H2O) × (молярная масса HNO3 / молярная масса Cu)
m(HNO3) = 128 / 0,36 × (63,01 / 63,55) ≈ 226 г
Если же медь была окислена только до Cu+, то масса HNO3, израсходованная на это, будет меньше. При этом медь будет присутствовать в растворе в виде соли Cu(NO3)2 и осадка Cu(NO3)2·2H2O. Для определения массы HNO3, израсходованной на солеобразование, необходимо знать массовую долю Cu(NO3)2·2H2O в общей массе осадка и соли:
— Массовая доля Cu(NO3)2·2H2O в Cu(NO3)2·2H2O + Cu(NO3)2 = (63,55 + 14 + 48 × 6 + 32) / (63,55 × 2 + 14 × 2 + 48 × 6 + 32) ≈ 0,56
Тогда масса HNO3, израсходованная на солеобразование, будет равна:
m(HNO3) = m(Cu) / (1 — массовая доля Cu(NO3)2·2H2O в общей массе осадка и соли) × (молярная масса HNO3 / молярная масса Cu)
m(HNO3) = 128 / (1 — 0,56) × (63,01 / 63,55) ≈ 291 г
Таким образом, в зависимости от степени окисления меди, масса HNO3, израсходованная на окисление, может быть равна 226 г или 291 г, а масса HNO3, израсходованная на солеобразование, будет соответственно меньше.
