Нахождение массовой доли соли в образовавшемся растворе
Массовая доля нитрата меди
Задача 36.
Избыток водорода пропустили при нагревании над 4 г смеси оксида меди (II) и оксида кремния (IV) с массовой долей оксида меди (II) 80%. Образовавшийся твердый остаток обработали 20 мл 60%-го раствора азотной кислоты (плотностью 1,4 г/см3). Найдите массовую долю соли в образовавшемся растворе.
Решение:
M(H2O) = 18 г/моль;
Ar(Cu) = 64 г/моль;
M(CuО) = 80 г/моль;
M(HNO3) = 63 г/моль;
M[Cu(NO3)2] = 188 г/моль.
При пропускании водорода над 4 г смеси оксида меди (II) и оксида кремния (IV) реакция будет протекать только с оксидом меди (II) по схеме:
CuО + H2 = Cu + H2О
1) Рассчитаем массу оксида меди (II), получим:
m(CuO) = m(смеси) . w%(CuO) = 4 . 0,8 = 3,2 г.
2) Рассчитаем количество оксида меди (II), получим:
n(CuO) = m(CuO)/M(CuO) = 3,2/64 = 0,05 моль.
3) Рассчитаем массу 60%-го раствора азотной кислоты, получим:
m(р-ра) = V(р-ра) . p(р-ра) = 20 .1,4 = 28 г.
4) Рассчитаем массу воды, содержащейся в 20 мл 60%-го раствора азотной кислоты, получим:
m1(Н2О) = m(р-ра) - m(HNO3) = 28 - 16,8 = 11,2 г.
5) Рассчитаем массу HNO3 в 20 мл её 60%-го раствора, получим:
m1(HNO3) = m(р-ра) . w%(р-ра)/100% = (28 . 60%)/100% = 16,8г.
6) Рассчитаем количество HNO3, получим:
n(HNO3) = m1(HNO3)/M(HNO3) = 16,8/63 = 0,27 моль.
Реакция между медью и концентрированной азотной кислотой относится к окислительно-восстановительным реакциям. Восстановителем в ней является медь, а окислителем азотная кислота. Уравнение реакции имеет вид:
Сu + 4HNO3(60%) = Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O + Q
Из уравнения реакции вытекает, что 1 моль меди реагирует с 4 моль азотной кислоты, Сu : HNO3 = 1 : 4, т.е. 0.05 моль Cu должно прореагировать с 0,20 моль HNO3 (0,05 . 4 = 0,20). В избытке взята HNO3, а в недостатке - Cu, так как 0,27 > 0,20. Тогда расчет соли Cu(NO3)2 будем вести по Cu.
Отсюда
n[Cu(NO3)2] = n(Cu) = 0,05 моль.
7) Рассчитаем массу соли в растворе, получим:
m[Cu(NO3)2] = n[Cu(NO3)2] . M[Cu(NO3)2] = 0,05 . 188 = 9,4 г.
Так как азотная кислота в избытке, то после реакции в растворе останется не прореагировшая ее часть в количестве 0,07 моль (0,27 - 0,20 = 0,07).
8) Рассчитаем массу оставшейся азотной кислоты в растворе, получим:
m2(HNO3) = n(HNO3) . M(HNO3) = 0,07 . 63 = 4,4 г.
Из уравнения вытекает, что на 1 моль соли Cu(NO3)2 образуется 2 моль Н2О.
Отсюда
n(H2O) = 2n[Cu(NO3)2] = 2 . 0,05 = 0,1 моль.
9) Рассчитаем массу образовавшейся в результате реакции воды, получим:
m2(H2O) = n(H2O) . M(H2O) = 0,1 . 18 = 1,8 г.
10) Рассчитаем масу раствора после реакции, получим:
m2(р-ра) = m1(Н2О) + m2(Н2О) + m2(HNO3) + m[Cu(NO3)2] = 11,2 + 1,8 + 4,4 + 9,4 = 26,8 г.
11) Найдем массовую долю соли в образовавшемся растворе, получим:
w%[Cu(NO3)2] = {m[Cu(NO3)2] .100%}/m2(р-ра) = (9,4 . 100%)/26,8 = 35%.
Ответ: w%[Cu(NO3)2] = 35%.
Получение жидкого воздуха
Задача 37.
Можно ли превратить воздух в жидкость, увеличив давление и оставив при этом температуру равную комнатной?
Решение:
Известно, что все вещества в природе могут находиться в трех состояниях: газообразном, жидком и твердом. Различие между газообразным и жидким состоянием вещества заключается в отличи взаимного притяжения и взаимного отталкивания молекул, составляющих это вещество. В жидком состоянии у вещества преобладает взаимное притяжение молекул. а в газообразном - взаимное отталкивание молекул. Взаимное притяжение молекул практически не зависит от температуры. Напротив, взаимное расталкивание молекул, обусловленное их ударами друг о друга, сильно зависит от температуры, так как её величина определяет скорость движения молекул и их кинетическую энергию. Газ может быть переведен в жидкое состояние тогда, когда стяжение получает преобладание над расталкиванием или становится ему равным. Та температура, при которой расталкивание уравновешивается над стяжением, характеризуется различием между жидкостью и её паром и называется критической.
Д.И. Менделеев установил, что для каждого газа (пара) существует температура, при которой количество столкнувшихся друг с другом молекул (стяжение молекул) равно количеству оттолкнувшихся молекул (расталкивание молекул), эту температуру он назвал критической.
Критическая температура воздуха -140 7 °С, и при обычных параметрах атмосферы (давлении 0,1 МПа и температуре 30 °С) он представляет собой газ. Сжижение газа при температуре выше критической невозможно. В области за критической точкой исчезает различие между газом и жидкостью. Условно областью жидкого состояния называют область, лежащую выше кривой фазовото равновесия между осью ординат и критической изотермой, а вся остальная область относится к области газообразного состояния. Чем выше критическая температура газа, тем легче он может быть сконденсирован. Критическая температура фазового перехода — такая температура, при которой плотность и давление насыщенного пара становится максимальными, а плотность жидкости, находящейся в динамическом равновесии с паром, становится минимальной.
Критическое давление — давление вещества (или смеси веществ) в его критическом состоянии. При давлении ниже критического давления система может распадаться на две равновесные фазы — жидкость и пар. При критическом давлении теряется физическое различие между жидкостью и паром, вещество переходит в однофазное состояние. Критическое давление воздуха 3,78 МПа. Значит, при температуре -140 7 °С и давлении 3,78 МПа воздух может переходить в жидкое состояние. На практике сжижение воздуха при атмосферном давлении начинается при - 192 °С и заканчивается при - 194,4 °С, так как он представляет собой смесь азота и кислорода, имеющих разные температуры сжижения. При температуре выше критической температуры газ невозможно сконденсировать ни при каком давлении. Сжижение воэдуха, процесс, достигаемый путем охлаждения воздуха до критической температуры -140,7 °С, при которой или ниже нее воздух под давлением превращается в жидкость.
Таким образом, сжижение воздуха, процесс, достигаемый путем охлаждения его до критической температуры -140,7 °С, при которой или ниже нее воздух под давлением превращается в жидкость, а если воздух находится выше -140 7 °С, то его невозможно будет превратить в жидкость ни при каком давлении.
