Задание 34 ЕГЭ по химии

Записаны уравнения реакций:

[1] Cu + 4HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

[2] Cu2O + 6HNO3 = 2Cu(NO3)2 + 2NO2 + 3H2O

[3] NaOH + HNO3 = NaNO3 + H2O

m(Cu(NO3)2) = 470 * 0,4 = 188 г

n(Cu(NO3)2) = 188 / 188 = 1 моль

Пусть в смеси было x моль Cu и y моль Cu2O.

x + 2y = 1

64x : 144y = 8 : 9

x = 0,5 моль

y = 0,25 моль

n(NO2) = 2x + 2y = 1,5 моль

m(Cu) = 0,5 * 64 = 32 г

m(Cu2O) = 0,25 * 144 = 36 г

m(NO2) = 1,5 * 46 = 69 г

n(HNO3, прореаг. в [1] и [2]) = 4*0,5 + 6*0,25 = 3,5 моль

m(NaOH) = 32 : 8 * 20 = 80 г

n(HNO3, прореаг. в [3]) = n(NaOH) = 80 : 40 = 2 моль

n(HNO3) = 3,5 + 2 = 5,5 моль

m(HNO3) = 5,5 * 63 = 346,5 г

m(раств. HNO3) = 470 + 69 - 32 - 36 = 471 г

ω(HNO3) = 346,5 : 471 * 100 = 73,57 %

Подробный разбор

Медь и оксид меди(I) с концентрированной $HNO_{3}$ дают соль $Cu(NO_{3})_{2}$ и газ $NO_{2}$, избыток кислоты остаётся в растворе и потом нейтрализуется щёлочью:

1. $Cu + 4HNO_{3} = Cu(NO_{3})_{2} + 2NO_{2}\uparrow + 2H_{2}O$

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

3. $NaOH + HNO_{3} = NaNO_{3} + H_{2}O$

Вся соль в полученном растворе — это $Cu(NO_{3})_{2}$:

$m(Cu(NO_{3})_{2}) = 470\ г \cdot 0{,}4 = 188\ г$; $n(Cu(NO_{3})_{2}) = \dfrac{188\ г}{188\ г/моль} = 1\ моль$

Пусть $n(Cu) = x\ моль$, $n(Cu_{2}O) = y\ моль$. По уравнениям [1] и [2] из 1 моль $Cu$ получается 1 моль соли, а из 1 моль $Cu_{2}O$ — 2 моль соли, значит $x + 2y = 1$. Из отношения масс $m(Cu) : m(Cu_{2}O) = 8 : 9$ следует $64x : 144y = 8 : 9$, то есть $x = 2y$. Отсюда:

$x = 0{,}5\ моль$, $y = 0{,}25\ моль$; $m(Cu) = 0{,}5\ моль \cdot 64\ г/моль = 32\ г$, $m(Cu_{2}O) = 0{,}25\ моль \cdot 144\ г/моль = 36\ г$

Газ по [1] даёт $2x$, по [2] — $2y$:

$n(NO_{2}) = 2 \cdot 0{,}5 + 2 \cdot 0{,}25 = 1{,}5\ моль$; $m(NO_{2}) = 1{,}5\ моль \cdot 46\ г/моль = 69\ г$

Кислота расходуется в трёх реакциях. По [1] на 1 моль $Cu$ идёт 4 моль $HNO_{3}$, по [2] на 1 моль $Cu_{2}O$ — 6 моль:

$n_{[1]+[2]}(HNO_{3}) = 4 \cdot 0{,}5 + 6 \cdot 0{,}25 = 3{,}5\ моль$

Из отношения $m(Cu) : m(NaOH) = 8 : 20$: $m(NaOH) = \dfrac{32\ г}{8} \cdot 20 = 80\ г$, $n(NaOH) = \dfrac{80\ г}{40\ г/моль} = 2\ моль$. По [3] $n_{[3]}(HNO_{3}) = n(NaOH) = 2\ моль$ — это остаток кислоты.

$n(HNO_{3}) = 3{,}5 + 2 = 5{,}5\ моль$; $m(HNO_{3}) = 5{,}5\ моль \cdot 63\ г/моль = 346{,}5\ г$

Массу исходного раствора находим из закона сохранения массы: в раствор пришли $Cu$ и $Cu_{2}O$, а ушёл газ $NO_{2}$, поэтому

$m(р\text{-}ра\ HNO_{3}) = 470\ г + 69\ г - 32\ г - 36\ г = 471\ г$

$\omega(HNO_{3}) = \dfrac{346{,}5\ г}{471\ г} \cdot 100\% \approx 73{,}57\%$

Ответ: $\omega(HNO_{3}) \approx 73{,}57\%$