Задание 34 ЕГЭ по химии

Записаны уравнения реакций:

1) Fe + 4HNO3 = Fe(NO3)3 + NO(вверх) + 2H2O

2) Fe + 6HNO3 = Fe(NO3)3 + 3NO2(вверх) + 3H2O

n(смеси газов) = 5,418*10^23 / 6,02*10^23 = 0,9 моль

Пусть n(NO2) = x моль, тогда n(NO) = (0,9 - x) моль

n(атомов N в смеси) = 0,9 моль

n(атомов O в смеси) = 2x + (0,9 - x) = (x + 0,9) моль

(x + 0,9) / 0,9 = 5/3

n(NO2) = x = 0,6 моль

n(NO) = 0,3 моль

m(NO2) = 0,6 * 46 = 27,6 г

m(NO) = 0,3 * 30 = 9 г

n(Fe[1]) = n(NO) = 0,3 моль

n(Fe[2]) = 1/3 n(NO2) = 0,2 моль

n(Fe) = n(Fe[1]) + n(Fe[2]) = 0,5 моль

m(Fe) = 0,5 * 56 = 28 г

n(Fe(NO3)3) = n(Fe) = 0,5 моль

m(Fe(NO3)3) = 0,5 * 242 = 121 г

m(р-ра) = 28 + 500 - 27,6 - 9 = 491,4 г

ω(Fe(NO3)3) = 121 / 491,4 = 0,246, или 24,6 %

Подробный разбор

Оба оксида получаются восстановлением азотной кислоты железом, причём железо в обоих случаях переходит в нитрат железа(III):

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

2. $Fe + 6HNO_{3} = Fe(NO_{3})_{3} + 3NO_{2}\uparrow + 3H_{2}O$

Общее количество газов найдём из числа молекул: $n(\text{смеси}) = \dfrac{5{,}418 \cdot 10^{23}}{6{,}02 \cdot 10^{23}\ \text{моль}^{-1}} = 0{,}9\ \text{моль}$.

Пусть $n(NO_{2}) = x$ моль, тогда $n(NO) = (0{,}9 - x)$ моль. В каждой молекуле по одному атому азота, поэтому атомов азота всегда $0{,}9$ моль; атомов кислорода — $2x + (0{,}9 - x) = (x + 0{,}9)$ моль. По условию отношение равно 5 : 3:

$\dfrac{x + 0{,}9}{0{,}9} = \dfrac{5}{3}$, откуда $x = n(NO_{2}) = 0{,}6$ моль и $n(NO) = 0{,}3$ моль.

Массы улетевших газов: $m(NO_{2}) = 0{,}6\ \text{моль} \cdot 46\ \text{г/моль} = 27{,}6\ \text{г}$, $m(NO) = 0{,}3\ \text{моль} \cdot 30\ \text{г/моль} = 9\ \text{г}$.

Железо расходовалось по двум уравнениям сразу. По уравнению (1) $n(Fe) = n(NO) = 0{,}3$ моль (соотношение 1 : 1), по уравнению (2) $n(Fe) = \tfrac{1}{3}\,n(NO_{2}) = \tfrac{1}{3} \cdot 0{,}6 = 0{,}2$ моль (соотношение 1 : 3). Всего $n(Fe) = 0{,}3 + 0{,}2 = 0{,}5$ моль, значит $m(Fe) = 0{,}5\ \text{моль} \cdot 56\ \text{г/моль} = 28\ \text{г}$.

Соль в обоих уравнениях одна и та же и образуется в отношении 1 : 1 к железу, поэтому $n(Fe(NO_{3})_{3}) = 0{,}5$ моль и $m(Fe(NO_{3})_{3}) = 0{,}5\ \text{моль} \cdot 242\ \text{г/моль} = 121\ \text{г}$.

Масса раствора равна массе кислоты и растворённой пластинки минус масса ушедших газов: $m(\text{р-ра}) = 28\ \text{г} + 500\ \text{г} - 27{,}6\ \text{г} - 9\ \text{г} = 491{,}4\ \text{г}$.

$\omega(Fe(NO_{3})_{3}) = \dfrac{121\ \text{г}}{491{,}4\ \text{г}} \cdot 100\% = 24{,}6\%$

Ответ: $\omega(Fe(NO_{3})_{3}) = 24{,}6\%$.