Азотная кислота. Задача №33 ЕГЭ 2022 по Химии. Полный разбор с объяснениями.

Азотная кислота. Задача №33 ЕГЭ 2022 по Химии. Полный разбор с объяснениями.

Задача №33 ЕГЭ по Химии 2022
Электролиз 470 г 5%-ного раствора нитрата меди(II) прекратили после того, как масса раствора уменьшилась на 8 грамм. Из полученного раствора отобрали порцию массой 92,4 грамма. Вычислите массу 8%-ного раствора едкого натра, необходимого для полного осаждения меди из отобранной порции раствора и ее нейтрализации.

Решение:
Для начала, в задачах №33 всегда присутствуют химические реакции, которые мы обязаны расписать.
В условии сказано, что прошел электролиз водного раствора нитрата меди(II) Cu(NO3)2.
Причем, этот процесс остановили, когда общая масса раствора уменьшилась на 8 грамм. После этого взяли пробу массой 92,4 грамма(этот состав еще нужно найти) и в итоге необходимо вычислить массу 8%-ного раствора гидроксида натрия, который был использован в реакции.

Первая реакция – это электролиз водного раствора нитрата меди(II):

2Cu(NO3)2 + 2H2O → 2Cu↓ + O2↑ + 4HNO3.

В электролизе раствора данной соли будет выделяться чистая медь(на катоде), кислород(на аноде) и азотная кислота само собой.
Вспомним, что по условию задачи – электролиз прекратили после того, как масса раствора уменьшилась на 8 грамм. Так вот эти 8 грамм – это общая масса осажденной меди и выделившегося кислорода.

Вторая реакция представляется собой взаимодействие раствора едкого натра(который представляет собой гидроксид натрия) и отобранной порцией оставшегося раствора, которой является нитрат меди(II).

Cu(NO3)2 + 2NaOH → 2NaNO3 + Cu(OH)2

Есть еще третья реакция – она не так заметна в условии, но при электролизе у нас выделилась азотная кислота, а та порция массой 92,4 грамма представляет собой не только нитрат меди, но и HNO3. Поскольку азотная кислота вступает в реакцию нейтрализации с гидроксидом натрия, и это частая реакция в ЕГЭ, то нужно ее записать:

HNO3 + NaOH → NaNO3 +H2O.

Теперь, когда мы написали все возможные реакции, переходим к расчетам.
Во первых, смотрим, что у нас дано: есть 470 грамм 5%-ного раствора нитрата меди(II), через которые можем вычислить количество вещества(моль) этой соли и проводить через нее все вычисления, вплоть до ответа.
1) Для начала, нужно найти массу чистой соли:

m(Cu(NO3)2) = 470 x 0,05 = 23,5 грамм.

2) Находим количество вещества соли:

n(Cu(NO3)2) = 23,5 / 188 = 0,125 моль.

Я не стала расписывать молярную массу нитрата меди, так как это действие и так понятно.
Важно! Если при вычислении количества вещества у тебя получилось число 0,937 или 0,243, либо 1,476, скорее всего, это неверно, так как в большинстве задач ЕГЭ, моль является числом, кратным 5 или 10.

Мы нашли моль нитрата меди. Далее у нас масса общего раствора уменьшилась на 8 грамм, и нужно найти количество вещества осажденной меди и выделившегося кислорода.
Смотрим на реакцию электролиза, и видим, что количество молекул нитрата меди и меди равно(2:2):

2Cu(NO3)2 + 2H2O → 2Cu↓ + O2↑ + 4HNO3.
3) Представим, что прореагировавшего нитрата меди х грамм, тогда
n(Cu) = n(Cu(NO3)2) = x моль.
Молярная масса меди = 64 г / моль, тогда m(Cu) = 64x грамм.
4) Смотрим на количество молекул кислорода – его в реакции в два раза меньше, чем нитрата меди, значит:
n(O2) = 0,5n(Cu(NO3)2) = 0,5x моль.
5) Далее идет расчет кислорода:
M(O2) = 32 г / моль; m(O2) = 0,5x * 32 = 16x грамм.
6) Составляем линейное уравнение:
64x + 16x = 8

Как расшифровать эту запись:
64х – это масса осажденной меди;
16х – это масса выделившегося кислорода;
8 – это и есть та масса уменьшенного на 8 грамм раствора после электролиза.

В результате несложного вычисления линейного уравнения, получаем:
х = 0,1.
7) Теперь можем рассчитать сколько нитрата меди(II) осталось:

n(Cu(NO3)2) = 0,125 – 0,1 = 0,025 моль.

8) Через моль нитрата меди можем найти азотную кислоту, которая так нужна нам в дальнейшем(ты видишь, что азотной кислоты в реакции электролиза 4 молекулы, а нитрата – 2, значит, и при вычислении молей азотной кислоты будет в два раза больше):

n(HNO3) = 2n(Cu(NO3)2) = 2 * 0,1 = 0,2 моль.

9) Идем дальше; нам необходимо узнать, какова масса раствора нитрата меди после электролиза с учетом выпавшей в осадок меди и выделившегося кислорода:

m(р-ра после электролиза) = 470 – 8 = 462 грамма.
Теперь возникает вопрос: мы знаем, что после электролиза общая масса раствора равна 462 грамма, однако, у нас по условию задачи сказано о том, что отобрали порцию массой 92,4 грамма.
Тогда как понять, сколько же там моль нитрата меди и азотной кислоты?
И, решение этого вопроса достаточно легкое: так как концентрация нитрата меди(II) в обоих растворах одинаковая, то и количество вещества соответственно, тоже.
10) А вычислить моль нитрата меди в таком случае возможно при помощи пропорции:
462 ---------- 0,025 моль
92,4 --------- n(2Cu(NO3)2),
n(2Cu(NO3)2) = 0,005 моль.

11) Далее по списку нужно найти моль азотной кислоты через моль нитрата меди:

462 -------- 0,2 моль
92,4 ------- n(HNO3),
n(HNO3) = 0,04 моль.

12) Теперь производим расчеты по второй реакции, чтобы сопоставить моль нитрата меди(II) гидроксида натрия:
Cu(NO3)2 + 2NaOH → 2NaNO3 + Cu(OH)2

n(NaOH) = 2n(Cu(NO3)2) = 2 * 0,005 = 0,01 моль.

13) Находим моль NaOH из третьей реакции через известный моль азотной кислоты:
HNO3 + NaOH → NaNO3 +H2O

n(NaOH) = n(HNO3) = 0,04 моль.

14) Следующее действие – это нахождение общего количества вещества гидроксида натрия:

n(NaOH) = 0,01 + 0,04 = 0,05 моль

15) Ну, осталось найти массу NaOH:

M(NaOH) = 40 г / моль; m(NaOH) = 0,05 * 40 = 2 грамма.

16) И не забываем про условие задачи: найти массу 8%-ного раствора едкого натра, значит

m(раствора) = 2 / 0,08 = 25 грамм.

Почему мы совершили такое действие? Дело в том, что по задаче нужно вычислить массу раствора едкого натра(2 грамма), поэтому мы 2 разделили на 0,08 и получили общий раствор гидроксида натрия, равное 25 граммам.

Данное действие можно решить с помощью пропорции:

2 гр ------ 8%
х гр ------ 100%; х = 25 гр.

На этом задача решена!



Станьте первым!



pangenes.ru © 2022
Яндекс.Метрика