Химия
8 класс
Вопрос
Образец сплава серебра с медью массой 0,5134 г растворили в азотной кислоте и раствор после отделения нерастворимых примесей упарили досуха. При этом было получено 1,993 г смеси солей, среди которых содержалась медная соль, образующая кристаллогидрат. При нагревании смеси солей на термогравиметрических весах обнаружилось, что при температуре $120^{\circ} C$ происходит обезвоживание кристаллогидрата, при $400^{\circ} C$ соль разлагается с образованием смеси $CuO$ и $AgNO_3$, причем масса остатка составляет 0,7336 г. При дальнейшем нагревании до $700^{\circ} C$ в смеси остаются $CuO$ и $Ag$, масса которых равна 0,5480 г.
Вычислите:
а) процентный состав сплава;
б) число молекул кристаллизационной воды, содержащихся в кристаллогидрате медной соли.
Ответ
Описанные в задаче превращения можно выразить следующими химическими уравнениями:
$3Ag + 4HNO_3 = 3AgNO_3 + NO + 2H_2O$,
$3Cu + 8HNO_3 = 3Cu(NO_3)_2 + 2NO + 4H_2O$,
$Cu(NO_3)_2 + nH_2O = Cu(NO_3)_2 \cdot nH_20$ (упаривание),
$Cu(NO_3)_2 \cdot nH_2O \overset {120^{\circ} C}{=} Cu(NO_3)_2 + nH_2O$,
$2Cu(NO_3)_2 \overset {400^{\circ} С}{=} 2CuO + 4NO_2 + O_2$,
$2AgNO_3 \overset {700^{\circ} С}{=} 2Ag + 2NO_2 + O_2$.
Поскольку переход от смеси $CuO + AgNO_3$ ($m_1 = 0,7336$ г) к смеси $CuO + Ag$ ($m_2 = 0,5480$) соответствует потере «групп $NO_3$» ($M = 62$), связанных с серебром, то $\Delta m = 0,7336 - 0,5480 = 0,1856$ г, и количество серебра в сплаве
$m_{Ag} = \frac{0,1856 \cdot 107,9}{62,0} = 0,3230$ г.
Этому количеству серебра соответствует $m_{AgNO_3} = (NULL,323 : 107,9) \cdot 169,9 = 0,5086$ г $AgNO_3$. Следовательно, в смеси содержится $m_{CuO} = 0,7336 - 0,5086 = 0,2250$ г, что соответствует
$m_{Cu} = \frac{0,2250 \cdot 63,54}{79,54} = 0,1797$ г.
Таким образом, процентный состав сплава: $(NULL,3230 : 0,5134) \cdot 100 = 62,91 \% Ag$ и $(NULL,1797 : 0,5134) \cdot 100 = 35,0 \% Cu$, кроме того в сплаве содержится $100 - (NULL,91 + 35,0) = 2,09 \%$ примесей, не растворимых в азотной кислоте.
В смеси находилось $m = 1,1933 - 0,5086 = 0,6847$ г кристаллогидрата нитрата меди $Cu(NO_3)_2 \cdot 2H_2O$.
1 моль $Cu$ соответствует 1 молю $Cu(NO_3)_2$ ($M = 187,55$) и соответственно 1 молю $Cu(NO_3)_2 \cdot nH_2O (NULL,55 + 18,02n)$ г.
64,54 г $Cu$ соответствует $(NULL,55 + 18,02n)$ г $Cu(NO_3)_2 \times nH_2O$,
0,1797 г $Cu$ - 0,6847 г $Cu(NO_3)_2 \cdot nH_2O$, отсюда $n = 3$, т. е. формула соли $Cu(NO_3)_2 \cdot 3H_2O$.