40 г натрия поместили в 240 мл воды. Полученный водород потратили на реакцию с оксидом меди (II). Какой объем 20% азотной кислоты (ρ=1,18 г/мл) потребуется для нейтрализации…

Давайте разберем задачу шаг за шагом.

Шаг 1: Реакция натрия с водой

Во-первых, когда натрий (Na) взаимодействует с водой (H₂O), он образует гидроксид натрия (NaOH) и водород (H₂): \[ 2 \text{Na} + 2 \text{H}_2\text{O} \rightarrow 2 \text{NaOH} + \text{H}_2 \]

Из условия задачи у нас есть 40 г натрия. Чтобы определить, сколько натрия участвует в реакции, сначала найдем количество вещества (моль) натрия:

• Молярная масса натрия (Na) равна 23 г/моль. \[ n_{\text{Na}} = \frac{m_{\text{Na}}}{M_{\text{Na}}} = \frac{40 \text{ г}}{23 \text{ г/моль}} \approx 1.739 \text{ моль} \]

Согласно уравнению реакции, 2 моль натрия реагируют с 2 моль воды, образуя 2 моль NaOH и 1 моль водорода. Таким образом, 1.739 моль натрия образует: \[ n_{\text{NaOH}} = n_{\text{Na}} \approx 1.739 \text{ моль} \]

Шаг 2: Определение объема раствора NaOH

Гидроксид натрия (NaOH) будет находиться в водном растворе. Для того чтобы нейтрализовать раствор NaOH, нам нужно знать его концентрацию.

Объем воды, в который добавили натрий, равен 240 мл, и предположим, что после реакции объем раствора остаётся примерно тем же. Таким образом, концентрация NaOH в растворе может быть определена как: \[ C_{\text{NaOH}} = \frac{n_{\text{NaOH}}}{V} \] где \(V\) — объем раствора в литрах (0.240 л):

\[ C_{\text{NaOH}} = \frac{1.739 \text{ моль}}{0.240 \text{ л}} \approx 7.241 \text{ моль/л} \]

Шаг 3: Реакция нейтрализации с азотной кислотой

Теперь нам нужно нейтрализовать NaOH с 20% азотной кислотой (HNO₃): \[ \text{NaOH} + \text{HNO}_3 \rightarrow \text{NaNO}_3 + \text{H}_2\text{O} \]

Для полной нейтрализации 1 моль NaOH нужно 1 моль HNO₃. Мы уже знаем, что в нашем растворе имеется 1.739 моль NaOH, следовательно, нам понадобится 1.739 моль HNO₃.

Шаг 4: Находим массу HNO₃ для нейтрализации

Чтобы найти массу HNO₃, воспользуемся его молярной массой. Для 20% раствора:

• Молярная масса HNO₃ ≈ 63 г/моль.
• Плотность 20% раствора HNO₃ = 1.18 г/мл, это значит, что в 100 мл раствора будет 20 г HNO₃.

Теперь вычислим, сколько граммов HNO₃ нам нужно: \[ m_{\text{HNO}_3} = n_{\text{HNO}_3} \times M_{\text{HNO}_3} = 1.739 \text{ моль} \times 63 \text{ г/моль} \approx 109.5 \text{ г} \]

Шаг 5: Находим объем 20% раствора HNO₃

Теперь, используя плотность 20% раствора, можем определить объем азотной кислоты: \[ V = \frac{m}{\rho} \] где \(m\) — масса HNO₃, а \(\rho\) — плотность раствора: \[ V_{\text{раствора}} = \frac{109.5 \text{ г}}{1.18 \text{ г/мл}} \approx 92.8 \text{ мл} \]

Ответ

Таким образом, для нейтрализации полученного раствора NaOH потребуется около 92.8 мл 20% азотной кислоты.