Задача по теме: "Расчёты массы (объёма, количества вещества) продуктов реакции"

Решение:

1) Запишем уравнения реакций:

CuO + H₂SO₄ ⟶ CuSO₄ + H₂O (I)
3Cu + 8HNO₃ ⟶ 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O (II)
CuO + 2HNO₃ ⟶ Cu(NO₃)₂ + H₂O (III)

2)  Исходя из условия, можем сразу найти количество вещества сульфата меди(II):
m(CuSO₄) = 528 · 0,1 = 52,8 г
n(CuSO₄) = 52,8 : 160 = 0,33 моль

3) Найдем количество протонов в смеси меди и оксида меди (II), при этом примем количество обоих веществ за 1 моль.
N(p⁺) в Cu = 29 частиц;
N(p⁺) в CuO = 29 + 8 = 37 частиц;

4) По условию массовая доля протонов составляет 46% от общей массы. Это значит, что масса протонов составляет 46% (или 0,46) от суммы масс двух веществ. Составим уравнение, зная, что молярная масса одного протона составляет 1 г/моль.
ω(p⁺) = m p⁺ : m(Cu) + m(CuO)

5) Пусть n(Cu) = x моль, тогда m(Cu) = 64x г;
m_общ.(CuO) = nобщ.(CuO) · M
n_общ.(CuO) = 0,33 · 2 = 0,66 моль – так как смесь разделили на 2 равные части
m_общ.(CuO) = 0,66 · 80 = 52,8 г
m(p⁺) = mCu(p⁺) + mCuO(p⁺)

Если в 1 моль меди содержится 29 протонов, то в n(Cu) = x моль, содержится 29x протонов, а значит: m(p⁺) = (29x моль) · (1 г/моль) = 29x г

Если в 1 моль оксида меди(II) содержится 37 моль протонов, то в n(CuO) = 0,33 моль содержится 0,66 ∙ 37 = 24,42 моль протонов, а значит: m(p⁺) = 24,42 ∙ 1 = 24,42 г.

6) Подставим под уравнение:
0,46 = (29x + 24,42) : (64x + 52,8)
29,44x + 24,29 = 29x + 24,42
0,44x = 0,13
x = 0,13/0,44 = 0,3 моль – общее количество меди.

0,3 : 2 = 0,15 моль – количество меди в одной части смеси.

7) По уравнениям реакций найдем m(Cu(NO₃)₂):
n₂(Cu(NO₃)₂) = n₂(Cu) = 0,15 моль
n₃(Cu(NO₃)₂) = n₃(CuO) = 0,33 моль
n_общ.(Cu(NO₃)₂) = 0,15 + 0,33 = 0,48 моль.
m_общ.(Cu(NO₃)₂) = M · n = 0,48 · 188 = 90,24 г

8) Найдем ω(Cu(NO₃)₂):
m_р—ра(Cu(NO₃)₂) = m(Cu) + m(CuO) + m_р—ра(HNO₃) – m(NO)
m(Cu) = M·n = 0,15 · 64 = 9,6 г
m(CuO) = M·n = 0,33 · 80 = 26,4 г
m(NO) = 2/3 ·  n·M = 2/3 · 0,15 · 30 = 3 г
m_р—ра(Cu(NO₃)₂) = 9,6 + 26,4 + 700  – 3 = 733 г
ω(Cu(NO₃)₂) = (90,24/733) · 100% = 12,31 %