Уточнение деталей вопроса
Навеску смеси порошков меди и алюминия массой 25 г обработали избытком горячей концентрированной азотной кислоты. В результате реакции образовалось 8,96 л (н. у.) газа. Вычислите массовые доли металлов в исходной смеси.
Ответ на вопрос
Для решения данной задачи необходимо использовать закон Лавуазье-Лапласа, который утверждает, что объем газа, выделившегося при химической реакции, пропорционален количеству вещества, участвующего в реакции. Известно, что при реакции меди и алюминия с азотной кислотой образуется оксид азота и вода:
3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
8Al + 24HNO3 → 8Al(NO3)3 + 3N2O + 12H2O
Таким образом, массовое соотношение меди и алюминия в исходной смеси можно определить из уравнения реакции, зная количество выделившегося газа. Объем газа необходимо перевести в моль, используя условия нормальных условий (н. у.):
V = nRT/P
где V – объем газа, n – количество вещества, R – универсальная газовая постоянная, T – температура, P – давление.
Подставляя известные значения, получаем:
n = PV/RT = (8,96*10^-3*101325)/(8,31*293) = 0,372 моль
Из уравнения реакции видно, что на 3 моли меди приходится 8 молей азотной кислоты, а на 8 молей алюминия – 24 моля. Следовательно, для реакции было использовано:
n(Cu) = 0,372/8*3 = 0,0155 моль меди
n(Al) = 0,372/24*8 = 0,062 моль алюминия
Массы меди и алюминия можно вычислить, зная их молярные массы:
m(Cu) = n(Cu)*M(Cu) = 0,0155*63,5 = 0,986 г
m(Al) = n(Al)*M(Al) = 0,062*27 = 1,674 г
Таким образом, массовые доли металлов в исходной смеси равны:
w(Cu) = m(Cu)/(m(Cu) + m(Al)) = 0,986/(0,986 + 1,674) = 0,37
w(Al) = m(Al)/(m(Cu) + m(Al)) = 1,674/(0,986 + 1,674) = 0,63
Ответ: массовая доля меди составляет 37%, алюминия – 63%.