Задание №60346 ЕГЭ по Химии

A1. По условию протекают реакции:
[1] 2Ca(NO₃)₂ → 2CaO + 4NO₂ + O₂

[2] Ca(NO₃)₂ → Ca(NO₂)₂ + O₂

[3] 4NO₂ + O₂ + 4KOH → 4KNO₃ + 2H₂O  

 

2. Найдем число моль гидроксида калия в растворе:
m KOH = m_р-ра KOH · ω KOH = 133,6 · 0,4 = 53,44 г
n KOH = m KOH / M KOH = 53,44 / 56 = 0,95 моль

 

3. Найдем оставшуюся массовую долю гидроксида калия:
ω_ост. KOH = ω KOH / 2 = 40 / 2 = 20%  

 

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

 

По условию массовая доля щелочи уменьшилась в 2 раза, значит, KOH в реакции №3 взят в избытке.
Если бы в реакции №3 в недостатке был O₂, то NO₂ вступил бы в реакцию с KOH 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.} KOH = n NO₂ = 2y моль
n_ост. KOH = n KOH – n_{прореаг.} KOH = (0,95 – 2y) моль
m_ост. KOH = n_ост. KOH · M KOH = (0,95 – 2y) · 56 = (53,2 – 112y) 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 KOH + m NO₂ + m₃ O₂ = 133,6 + 92y + 16y = (133,6 + 108y) г 

 

ω_ост. KOH = m_ост. KOH / m_{конечн. р-ра}
0,2 = (53,2 – 112y) / (133,6 + 108y) 

y = 0,2 моль
n₂ Ca(NO₃)₂ = 0,2 моль

n NO₂ = 2y = 2 · 0,2 = 0,4 моль

 

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

n₂ O₂ = n₃ O₂ = 0,5y = 0,1 моль

 

V NO₂ = n NO₂ · V_m = 0,4 · 22,4 = 8,96 л
V₃ O₂ = n₃ O₂ · V_m = 0,1 · 22,4 = 2,24 л
V_смеси = (n NO₂ + n₁ O₂ + n₂ O₂) · V_m = (0,5 + x) · 22,4 = (11,2 + 22,4x) л
V_образ. = V_смеси – V NO₂ – V₃ O₂ = 11,2 + 22,4x – 8,96 – 2,24 = 22,4x л

 

V_образ. / V_смеси = 1 / 2
(22,4x) / (11,2 + 22,4x) = 1 / 2
2x = 0,5 + x

x = 0,5

n₁ Ca(NO₃)₂ = 0,5 моль

 

n Ca(NO₃)₂ = n₁ Ca(NO₃)₂ + n₂ Ca(NO₃)₂ = 0,2 + 0,5 =0,7 моль

 

5. Найдем массу нитрата кальция:
m Ca(NO₃)₂ = n Ca(NO₃)₂ · M Ca(NO₃)₂ = 0,7 · 164 = 114,8 г

 

Ответ: m Ca(NO₃)₂ = 114,8 г

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