Задание №60855 ЕГЭ по Химии

1. По условию протекает реакция:
[1] 2Cu(NO₃)₂ + 2H₂O → 2Cu + 4HNO₃ + O₂

2. Найдем массу кислорода, выделившегося на аноде:
n O₂ = V O₂ / V_m = 3,36 / 22,4 = 0,15 моль
m O₂ = n O₂⋅ M O₂ = 0,15 ⋅ 32 = 4,8 г

3. Найдем массу меди, выделившуюся на катоде:
n Cu = 2n O₂ = 2 ⋅ 0,15 = 0,3 моль
m Cu = n Cu ⋅ M Cu = 0,3 ⋅ 64 = 19,2 г

4. Найдем число моль образовавшейся азотной кислоты:
n HNO₃ = 4n O₂ = 4 ⋅ 0,15 = 0,6 моль

5. Найдем число моль карбоната натрия в растворе:
m Na₂CO₃ = m_р-ра Na₂CO₃ ⋅ω Na₂CO₃ = 265 ⋅ 0,08 = 21,2 г
n Na₂CO₃ = m Na₂CO₃ / M Na₂CO₃ = 21,2 / 106 = 0,2 моль

6. Карбонат натрия в первую очередь будет вступать в реакцию с азотной кислотой:
[2] Na₂CO₃ + 2HNO₃ → 2NaNO₃ + CO₂ + H₂O

7. Определим, кто из реагентов во второй реакции находится в недостатке:
поделим моли карбоната натрия и азотной кислоты на свои коэффициенты

Na₂CO₃ : HNO₃
(0,2 / 1) : (0,6 / 2)
(0,2 / 1) < (0,6 / 2)
Na₂CO₃ < HNO₃

Приходим к выводу, что HNO₃ находится в избытке, а Na₂CO₃ в недостатке. Далее расчеты идут по недостатку, то есть по Na₂CO₃.

8. Найдем массу образовавшегося углекислого газа:
n CO₂ = n Na₂CO₃ = 0,2 моль
m CO₂ = n CO₂⋅ M CO₂ = 0,2 ⋅ 44 = 8,8 г

9. Найдем число моль нитрата меди(II) в растворе:
m Cu(NO₃)₂ = m_р-ра Cu(NO₃)₂ ⋅ωCu(NO₃)₂ = 376 ⋅ 0,25 = 94 г
n Cu(NO₃)₂ = m Cu(NO₃)₂ / M Cu(NO₃)₂ = 94 / 188 = 0,5 моль

10. Найдем массу оставшегося нитрата меди(II):
n_{прореаг.}Cu(NO₃)₂ = 2n O₂ = 2 ⋅ 0,15 = 0,3 моль
n_ост.Cu(NO₃)₂ = n Cu(NO₃)₂ – n_{прореаг.}Cu(NO₃)₂ = 0,5 – 0,3 = 0,2 моль
m_ост.Cu(NO₃)₂ = n_ост.Cu(NO₃)₂ ⋅ M Cu(NO₃)₂ = 0,2 ⋅ 188 = 37,6 г

11. Найдем массу конечного раствора:
m_{конечн. р-ра} = m_р-ра Cu(NO₃)₂ + m_р-ра Na₂CO₃ – m Cu – m O₂ – m CO₂ = 376 + 265 – 19,2 – 4,8 – 8,8 = 608,2 г

12. Найдем массовую долю оставшегося нитрата меди(II) в конечном растворе:
ω_ост. Cu(NO₃)₂ = m_ост. Cu(NO₃)₂ / m_{конечн. р-ра} = 37,6 / 608,2 = 0,062 → 6,2%

Ответ: ω_ост. Cu(NO₃)₂ = 6,2%

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