Условие
При взаимодействии меди с избытком разбавленной азотной кислоты выделилось 2,24 л оксида азота(II) при нормальных условиях. Найдите массу меди, вступившей в реакцию, и массу образовавшейся соли. Сколько кислоты израсходовалось бы на реакцию, если бы она не была взята в избытке?
Что известно и что ищем
- Известен объём газообразного продукта при нормальных условиях.
- Ищем массу металла, массу соли и теоретический расход кислоты.
- Ключ: работаем по уравнению 3Cu + 8HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O, где соотношения даны в молях.
Ход решения
- Шаг 1. Переводим объём газа в количество вещества. Делим 2,24 л на 22,4 л/моль и получаем 0,1 моль оксида азота(II).
- Шаг 2. Находим количество вещества меди по коэффициентам. В уравнении перед медью стоит три, перед оксидом азота — два, значит меди нужно в полтора раза больше, чем газа: 0,1 умножаем на три и делим на два, получается 0,15 моль.
- Шаг 3. Переводим моли меди в массу. Молярная масса меди — 64 г/моль, значит 0,15 моль дают 9,6 г меди.
- Шаг 4. Считаем соль. Меди и соли в уравнении одинаковое количество (по три), значит соли тоже 0,15 моль. Молярная масса нитрата меди(II): 64 плюс две группы по 62 дают 188 г/моль, отсюда масса соли 28,2 г.
- Шаг 5. Считаем кислоту. По уравнению на два моля газа требуется восемь молей кислоты, то есть на 0,1 моль газа нужно 0,4 моль кислоты. В условии кислота в избытке, поэтому столько кислоты вступило бы в реакцию, а не столько было в пробирке. Масса такого количества кислоты: 0,4 моль умножаем на 63 г/моль и получаем 25,2 г.
- Шаг 6. Проверяем ответ по смыслу. Газа выделилось мало (десятая часть моля), поэтому и меди ушло немного — 9,6 г; соли получилось больше металла, потому что в её состав входит ещё и кислотный остаток. Логика согласуется.
Проверь себя
- Ответ: меди вступило 9,6 г, соли образовалось 28,2 г, кислоты на реакцию потребовалось бы 0,4 моль (25,2 г).
- Проверка вывода: все переходы идут по цепочке «объём газа → моли газа → моли меди по коэффициентам → масса»; коэффициенты взяты из уравнения, а не «на глаз».
- Ловушка: посчитать, что кислоты надо столько же, сколько меди, или взять массу кислоты как массу раствора из условия. В избытке часть кислоты не реагирует, а в расчёт берут только то, что ушло по уравнению.
Как объяснить ребёнку
«Уравнение — это рецепт с точными пропорциями: на три порции меди нужны восемь порций кислоты и получаются две порции газа. Знаем, сколько получилось газа, — значит можем посчитать, сколько взяли меди и сколько должно было уйти кислоты. Главное, не путать "сколько кислоты было в бутылке" и "сколько кислоты участвовало в реакции"».
Тема для отчёта родителю
«Расчёт по уравнению реакции с газообразным продуктом: от объёма газа к массе металла».
Формулировка задания — наш аналог по теме, а не текст из учебника.