1. Смесь аммиака с водородом, объемом 0, 56 л (н.у.), пропущена при нагревании над 3,2 г оксида меди (II). Образовавшаяся в трубке смесь обработана 7,7 мл соляной кислоты (массовая доля кислоты 13,7%, плотность раствора 1,04 г/мл). Оставшаяся в растворе кислота, может прореагировать с 16 мл раствора гидрокарбоната калия с концентрацией 0,625 моль/л. Вычислите массовые доли газов в смеси и объем газа (при н.у.), выделяющийся при реакции с избытком кислоты. (8 баллов)

Решение:

При пропускании смеси аммиака и водорода над CuO происходят реакции восстановления оксида меди:

3CuO +2NH₃ =3Cu + N₂ +3 H₂O (1)

CuO + H₂ = Cu + H₂O (2)

В результате этих реакций в трубке образуется смесь Cu и CuO. То, что CuO не прореагировал до конца, следует из реакции смеси с HCl (чистая медь не растворяется в соляной кислоте):

CuO + 2HCl = CuCl₂ + H₂O (3)

Избыток HCl нейтрализуется гидрокарбонатом калия:

KHCO₃ + HCl = KCl +CO₂ + H₂O (4)

Найдем количество веществ: ? (HCl) = V · ? · ? / М = 7,7 · 1,04 · 0,137 /36,5 =0,03 моль; ? (KHCO₃) = c · V = 0,625 ·0,016 = 0,01 моль.

В реакцию (4) вступило 0,1 моль HCl, следовательно, на растворение CuO по реакции (3) израсходовано 0,03 – 0,01 = 0,02 моль HCl. Таким образом, после реакции восстановления в трубке осталось 0,01 моль CuO; до реакции количество CuO составляло 3,2/80 = 0,04 моль; в реакции (1) и (2) вступило 0,03 моль CuO.

Пусть в смеси было x молей NH₃ и y молей H₂. эти количества газов могут восстановить по реакциям (1) и (2) 3/2 · x + y =0,03 (5)

Объем смеси газов равен 0,56 л (н.у.), следовательно

x + y = 0,56/22,4 = 0,025 (6)

Решая систему уравнений (5) и (6), находим:

x = 0,01 = ? (NH₃); m (NH₃) = 0,01· 17 = 0,07 г;

y = 0,015 = ? (H₂); m (H₂) = 0,015·2 =0,03 г.

Общая масса смеси равна m = m (NH₃) + m (H₂) = 0,17+ 0,03= 0,2 г. Массовые доли газов равны: ? (NH₃) = 0,17/0,2·100%= 85%; ? (H₂) = 0,03/0,2·100%= 15%.

По реакции (4), ? (CO₂) = ? (KHCO₃)= 0,01 моль.

V (CO₂) = 0,01 · 22,4 = 0,224 л.

Ответ: ? (NH₃) = 85%; ? (H₂) = 15%; V (CO₂) = 0,224 л.