Задание 34 ЕГЭ по химии

Записаны уравнения реакций:

CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O

CuO + 2HNO3 = Cu(NO3)2 + H2O

3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

Рассчитаны количества вещества и массы продуктов реакций и реагентов:

m(CuSO4) = 528 * 0,1 = 52,8 г

n(CuSO4) = 52,8 / 160 = 0,33 моль

n(CuO) = n(Cu(NO3)2 из CuO) = 0,33 моль

m(CuO) = 0,33 * 80 = 26,4 г

1 моль CuO содержит 37 моль протонов.

1 моль Cu содержит 29 моль протонов.

Пусть в смеси было x моль Cu, тогда

(29x + 0,33*37) : (64x + 26,4) = 0,46

x = n(Cu) = 0,15 моль

m(Cu) = 0,15 * 64 = 9,6 г

n(Cu(NO3)2) = n(CuO) + n(Cu) = 0,48 моль

m(Cu(NO3)2) = 188 * 0,48 = 90,24 г

n(NO) = 2/3 n(Cu) = 0,1 моль

m(NO) = 0,1 * 30 = 3 г

m(р-ра) = 700 + 26,4 + 9,6 - 3 = 733 г

w(Cu(NO3)2) = 90,24 : 733 * 100 = 12,31 %

Подробный разбор

В первой части медь с разбавленной серной кислотой не реагирует, поэтому соль в растворе даёт только оксид:

1. $CuO + H_{2}SO_{4} = CuSO_{4} + H_{2}O$

2. $CuO + 2HNO_{3} = Cu(NO_{3})_{2} + H_{2}O$

3. $3Cu + 8HNO_{3} = 3Cu(NO_{3})_{2} + 2NO\uparrow + 4H_{2}O$

Масса и количество сульфата меди(II) в растворе первой части:

$m(CuSO_{4}) = 528\ г \cdot 0{,}1 = 52{,}8\ г$, $n(CuSO_{4}) = 52{,}8\ г : 160\ г/моль = 0{,}33\ моль$.

По уравнению (1) $n(CuO) = n(CuSO_{4}) = 0{,}33\ моль$, тогда $m(CuO) = 0{,}33\ моль \cdot 80\ г/моль = 26{,}4\ г$ — это состав одной части, то есть и второй тоже.

Теперь находим медь через долю протонов. В формульной единице $CuO$ протонов $29 + 8 = 37$, в атоме $Cu$ — $29$. Пусть $n(Cu) = x\ моль$ в одной части, тогда

$\dfrac{29x + 0{,}33 \cdot 37}{64x + 26{,}4} = 0{,}46$, откуда $x = n(Cu) = 0{,}15\ моль$, $m(Cu) = 0{,}15\ моль \cdot 64\ г/моль = 9{,}6\ г$.

Во второй части нитрат меди(II) даёт и оксид (уравнение 2, соотношение $1 : 1$), и металл (уравнение 3, соотношение $3 : 3$):

$n(Cu(NO_{3})_{2}) = 0{,}33\ моль + 0{,}15\ моль = 0{,}48\ моль$, $m(Cu(NO_{3})_{2}) = 0{,}48\ моль \cdot 188\ г/моль = 90{,}24\ г$.

Из раствора уходит только газ $NO$; по уравнению (3) $n(NO) = \frac{2}{3}n(Cu) = \frac{2}{3} \cdot 0{,}15\ моль = 0{,}1\ моль$, $m(NO) = 0{,}1\ моль \cdot 30\ г/моль = 3\ г$.

$m(р{-}ра) = 700\ г + 26{,}4\ г + 9{,}6\ г - 3\ г = 733\ г$.

$\omega(Cu(NO_{3})_{2}) = \dfrac{90{,}24\ г}{733\ г} \cdot 100\% = 12{,}31\%$.

Ответ: $\omega(Cu(NO_{3})_{2}) = 12{,}31\%$.