Химия

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

$3CuO + 2NH_{3} = 3Cu + N_{2} + 3H_{2}O$, (1)
$CuO + H_{2} = Cu + H_{2}O$. (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):

$CuO + 2HCl = CuCl_{2} + H_{2}O$. (3)

Избыток $HCl$ нейтрализуется гидрокарбонатом калия:

$KHCO_{3} + HCl = KCl + CO_{2} + H_{2}O$. (4)

Найдем количества веществ: $n(HCl) = \frac{V \rho \omega}{M} = \frac{7,7 \cdot 1,04 \cdot 0,137}{36,5} = 0,03 моль; n(KHCO_{3}) = cV = 0,625 \cdot 0,016 = 0,01 моль$. В реакцию (4) вступило 0,01 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 $\frac{3,2}{80} = 0,04 моль$; в реакции (1) и (2) вступило 0,03 моль $CuO$.

Пусть в смеси было $x$ молей $NH_{3}$ и $y$ молей $H_{2}$. Эти количества газов могут восстановить по реакциям (1) и (2) $\frac{3}{2}x + y$ молей $CuO$:

$\frac{3}{2}x + y = 0,03$. (5)

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

$x + y = \frac{0,56}{22,4} = 0,025$. (6)

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

$x = 0,01 = n(NH_{3}); m(NH_{3}) = 0,01 \cdot 17 = 0,17 г$;
$y = 0,015 = n(H_{2}); m(H_{2}) = 0,015 \cdot 2 = 0,03 г$.

Общая масса смеси равна $m = m(NH_{3}) + m(H_{2}) = 0,17 + 0,03 = 0,2 г$. Массовые доли газов равны: $\omega (NH_{3}) = \frac{0,17}{0,2} \cdot 100 \text{ % } = 85 \text{ % }; \omega (H_{2}) = \frac{0,03}{0,2} \cdot 100 \text{ % } = 15 \text{ % }$.

По реакции (4), $n(CO_{2}) = n(KHO_{3}) = 0,01 моль. V(CO_{2}) = 0,01 \cdot 22,4 = 0,224 л$.
Ответ. 85% $NH_{3}$, 15% $H_{2}$; 0,224 л $CO_{2}$.