Медь выделившаяся в результате реакции 2,6 г цинка 160 г пятипроцентного раствора сульфата меди два полностью прореагировала с 20 мл разбавленной азотной кислоты плотность которой 1,055 г/мл. определите массовую долю нитрата меди два в полученном растворе

Давайте решим задачу поэтапно, подробно объясняя каждый шаг. **Условие задачи:** - В результате реакции выделилось 2,6 г меди. - Реагировали: 160 г 5%-ного раствора сульфата меди(II) (\(\mathrm{CuSO_4}\)) - Также реагировали с 20 мл разбавленной азотной кислоты плотностью 1,055 г/мл - Требуется найти массовую долю нитрата меди(II) (\(\mathrm{Cu(NO_3)_2}\)) в полученном растворе. --- ### Шаг 1. Определение состава исходных веществ **1.1. Масса сульфата меди в растворе:** - Масса раствора — 160 г - Процентное содержание — 5% - Тогда масса \(\mathrm{CuSO_4}\): \[ m_{\mathrm{CuSO_4}} = 160\,г \times \frac{5}{100} = 8\,г \] --- ### Шаг 2. Реакция с цинком **2.1. Реакция между цинком и сульфатом меди(II):** \[ \mathrm{Zn} + \mathrm{CuSO_4} \rightarrow \mathrm{ZnSO_4} + \mathrm{Cu} \] Это — замещение: цинк вытесняет медь из сульфата. **2.2. Расчёт количества цинка:** - Масса цинка — 2,6 г - Молярная масса цинка (\(\mathrm{Zn}\)) ≈ 65,38 г/моль Количество цинка в молях: \[ n_{\mathrm{Zn}} = \frac{2,6\,г}{65,38\,г/моль} \approx 0.0398\,\text{моль} \] **2.3. По уравнению реакции:** 1 моль цинка реагирует с 1 мольом сульфата меди(II), выделяя 1 моль меди. - Следовательно, цинк полностью прореагирует с частью \(\mathrm{CuSO_4}\), выделив из неё медь. **2.4. Расчёт выделенной меди:** Молярная масса меди (\(\mathrm{Cu}\)) — 63,55 г/моль. Объем меди, выделенной из реакции: \[ m_{\mathrm{Cu}} = n_{\mathrm{Zn}} \times 63,55\,г/моль \approx 0.0398 \times 63.55 \approx 2.53\,г \] Но в условии говорится, что выделилась именно 2,6 г меди, что очень похоже на наш расчет (около 2,53 г). Значит, всё отлично, пренебрежем незначительной разницей. --- ### Шаг 3. Определение конечной ситуации После реакции: - В растворе осталась часть сульфата меди(II), которая не прореагировала: \[ m_{\mathrm{CuSO_4, осталась}} = 8\,г - 0,0398\,моль \times 159.61\,г/моль \] Молярная масса \(\mathrm{CuSO_4}\): \[ M_{\mathrm{CuSO_4}} = 63.55 + 32.07 + 4 \times 16 = 159.61\,г/моль \] Количество сульфата меди(II), прореагировавшего: \[ n_{\mathrm{CuSO_4, reacted}} = 0.0398\,моль \] Масса реактивной части: \[ m_{\mathrm{CuSO_4, reacted}} = 0.0398 \times 159.61 \approx 6.36\,г \] Следовательно, оставшаяся масса: \[ m_{\mathrm{CuSO_4, осталась}} = 8 - 6.36 = 1.64\,г \] --- ### Шаг 4. Определение состава раствора после реакции **4.1. Масса раствора перед реакцией:** 160 г **4.2. После реакции:** - В растворе осталась 1.64 г \(\mathrm{CuSO_4}\), - В свободной форме — выделилась 2,6 г меди и образовался раствор, содержащий нитраты меди \(\mathrm{Cu(NO_3)_2}\), часть которого образовалась из реакции с азотной кислотой. --- ### Шаг 5. Определение количества азотной кислоты Дано: 20 мл раствора плотностью 1,055 г/мл. Масса раствора: \[ m_{\mathrm{HNO_3}} = 20\,мл \times 1.055\,г/мл = 21.1\,г \] **Обратите внимание:** В условии говорится «разбавленная азотная кислота». Обычно это означает, что раствор — смесь воды и азотной кислоты. Предположим, что концентрация — небольшая, и задача просит определить концентрацию нитрата меди(II). --- ### Шаг 6. Реакция азотной кислоты с медью Медь реагирует с азотной кислотой по реакции: \[ 3 \mathrm{Cu} + 8 \mathrm{HNO_3} \rightarrow 3 \mathrm{Cu(NO_3)_2} + 2 \mathrm{NO} + 4 \mathrm{H_2O} \] Молярная масса \(\mathrm{HNO_3}\) — 63 г/моль. **6.1. Определение количества азотной кислоты:** При условии, что все 2,6 г меди полностью прореагировали с азотной кислотой, можем найти, сколько ей нужно. Моль меди (уже рассчитана): \[ n_{\mathrm{Cu}} = 0.0398\,моль \] Из реакции: \[ \text{на 3 моль \(\mathrm{Cu}\)} требуется 8 моль \(\mathrm{HNO_3}\). \[ n_{\mathrm{HNO_3}} = \frac{8}{3} \times n_{\mathrm{Cu}} = \frac{8}{3} \times 0.0398 \approx 0.106\,моль \] Масса этой азотной кислоты: \[ m_{\mathrm{HNO_3}} = 0.106 \times 63 \approx 6.678\,г \] Общая масса азотной кислоты — 21.1 г (данные), что достаточно для реакции. --- ### Шаг 7. Определение массовой доли нитрата меди(II) В результате реакции с азотной кислотой образуется нитрат меди(II): \[ \mathrm{Cu} + 2 \mathrm{HNO_3} \rightarrow \mathrm{Cu(NO_3)_2} + \mathrm{H_2} \] Молярная масса \(\mathrm{Cu(NO_3)_2}\): \[ M_{\mathrm{Cu(NO_3)_2}} = 63.55 + 2 \times (14 + 3 \times 16) = 63.55 + 2 \times 62 = 63.55 + 124 = 187.55\,г/моль \] Количество нитрата меди(II), образовавшегося: \[ n_{\mathrm{Cu(NO_3)_2}} = n_{\mathrm{Cu}} = 0.0398\,моль \] Масса нитрата меди(II): \[ m_{\mathrm{Cu(NO_3)_2}} = 0.0398 \times 187.55 \approx 7.47\,г \] --- ### **Ответ:** Рассчитаем массовую долю нитрата меди(II) в итоговом растворе. Общий масса раствора после реакции — сумма начального раствора (160 г) и добавленной азотной кислоты (21.1 г): \[ m_{\text{итог}} = 160\,г + 21.1\,г = 181.1\,г \] Массовая доля: \[ w_{\mathrm{Cu(NO_3)_2}} = \frac{m_{\mathrm{Cu(NO_3)_2}}}{m_{\text{итог}}} \times 100\% = \frac{7.47}{181.1} \times 100\% \approx 4.13\% \] --- ### **ИТОГ:** Массовая доля нитрата меди(II) в полученном растворе составляет примерно **4.13%**.