Задание №60345 ЕГЭ по Химии

1. По условию протекают реакции:
[1] 2Ba(NO₃)₂ → 2BaO + 4NO₂ + O₂

[2] Ba(NO₃)₂ → Ba(NO₂)₂ + O₂

[3] 4NO₂ + O₂ + 4NaOH → 4NaNO₃ + 2H₂O  

 

2. Найдем число моль гидроксида натрия в растворе:
m NaOH = m_р-ра NaOH · ω NaOH = 400 · 0,2 = 80 г
n NaOH = m NaOH / M NaOH = 80 / 40 = 2 моль

 

3. Найдем оставшуюся массовую долю гидроксида натрия:
ω_ост. NaOH = ω NaOH / 4 = 20 / 4 = 5%  

 

4. Найдем число моль нитрата бария:
Пусть n₁ Ba(NO₃)₂ = x моль, тогда n₁ O₂ = x моль;
Пусть n₂ Ba(NO₃)₂ = y моль, тогда n NO₂ = 2y моль, а n O₂ = 0,5y моль

 

По условию массовая доля щелочи уменьшилась в 4 раза, значит, NaOH в реакции №3 взят в избытке.
Если бы в реакции №3 в недостатке был O₂, то NO₂ вступил бы в реакцию с NaOH с образованием нитрата и нитрита. Значит, O₂ в недостатке быть не может.
Таким образом, в реакции 3 в недостатке взят NO₂, а оставшимся после завершения реакции газом является O₂.

 

n_{прореаг.} NaOH = n NO₂ = 2y моль
n_ост. NaOH = n NaOH – n_{прореаг.} NaOH = (2 – 2y) моль
m_ост. NaOH = n_ост. NaOH · M NaOH = (2 – 2y) · 40 = (80 – 80y) г 

 

n₃ O₂ = n NO₂ / 4 = 2y / 4 = 0,5y моль
m₃ O₂ = n₃ O₂ · M O₂ = 0,5y · 32 = 16y г

m NO₂ = n NO₂ · M NO₂ = 2y · 46 = 92y г

 

m_{конечн. р-ра} = m_р-ра NaOH + m NO₂ + m₃ O₂ = 400 + 92y + 16y = (400 + 108y) г 

 

ω_ост. NaOH = m_ост. NaOH / m_{конечн. р-ра}
0,05 = (80 – 80y) / (400 + 108y) 

y = 0,7 моль
n₂ Ba(NO₃)₂ = 0,7 моль

n NO₂ = 2y = 2 · 0,7 = 1,4 моль

 

В реакции №2 образуются NO₂ и O₂ в соотношении 4 к 1. Оксид азота(IV) образуется только в реакции №2 и полностью вступает в реакцию №3, так как находится в недостатке.
Так как соотношение газов в реакции №3 такое же, как и в реакции №2, то число моль кислорода, вступившего в реакцию №3 равно числу моль кислорода, образовавшегося в реакции №2 (n₂ O₂ = n₃ O₂).

n₂ O₂ = n₃ O₂ = 0,5y = 0,35 моль

 

V NO₂ = n NO₂ · V_m = 1,4 · 22,4 = 31,36 л
V₃ O₂ = n₃ O₂ · V_m = 0,35 · 22,4 = 7,84 л
V_смеси = (n NO₂ + n₁ O₂ + n₂ O₂) · V_m = (1,75 + x) · 22,4 = (39,2 + 22,4x) л
V_образ. = V_смеси – V NO₂ – V₃ O₂ = 39,2 + 22,4x – 31,36 – 7,84 = 22,4x л

 

V_образ. / V_смеси = 1 / 8
(22,4x) / (39,2 + 22,4x) = 1 / 8
8x = 1,75 + x

x = 0,25

n₁ Ba(NO₃)₂ = 0,25 моль

 

n Ba(NO₃)₂ = n₁ Ba(NO₃)₂ + n₂ Ba(NO₃)₂ = 0,25 + 0,7 = 0,95 моль

 

5. Найдем массу нитрата бария:
m Ba(NO₃)₂ = n Ba(NO₃)₂ · M Ba(NO₃)₂ = 0,95 · 261 = 247,95 г

 

Ответ: m Ba(NO₃)₂ = 247,95 г

Источник: Реальное задание ЕГЭ (собрано Ермолаевым И. С.)