Две олимпиадные задачи. Одна на газовые смеси, а другая на растворение навески серы в азотной кислоте

[DinozaWar]

1) Газовая смесь, полученная при прокаливании 68,2 г смеси карбоната кальция и нитрата меди (II), имеет относительную плотность по аргону 1,091. Эту смесь пропустили через 320 г 14%-ного раствора гидроксида калия. Вычислите массовую долю кислой соли в полученном растворе.

2) В горячий 85% раствор азотной кислоты поместили навеску серы. После ее полного растворения, сопровождающегося выделением газа, массовая доля азотной кислоты снизилась в 2 раза. В ответе укажите массовую долю серной кислоты, находящейся в растворе.

Помогите решить хотя бы одну!

[M_GM]

Олимпиадные задачи надо решать самому, а не выезжать чужими мозгами

[DinozaWar]

1 час назад, M_GM сказал:

Олимпиадные задачи надо решать самому, а не выезжать чужими мозгами

Да это олимпиада была в 14-15 году! Мне просто задали "потренироваться", но я просто не понимаю, как это решать. 

[Иван1978]

Вот не надо было говорить, что это олимпиадные задачи. 

Первую задачу с двумя газами еще понятно как решать,  а вот с тремя газами непонятно что делать. О кислых солях азотной кислоты я не слышал, а вот о кислых солях угольной кислоты слышал. Объемные или мольные доли трех газов вычислить не удастся.

Изменено 26 Ноября, 2018 в 18:29 пользователем Иван1978

[DinozaWar]

13 минуты назад, Иван1978 сказал:

Вот не надо было говорить, что это олимпиадные задачи. 

Первую задачу с двумя газами еще понятно как решать,  а вот с тремя газами непонятно что делать. О кислых солях азотной кислоты я не слышал, а вот о кислых солях угольной кислоты слышал.

Как хотя бы с двумя газами решить? 

[M_GM]

1. Прежде всего написать уравнения реакций, подумать, какие газы будут в этой смеси, найти молярную массу смеси и по ней ее состав.

Просишь помощи, а сам палец о палец не ударишь. 

2. Тот же подход. Думать, читать про свойства азотной кислоты, серы и еще раз думать, какой газ может выделяться, писать уравнения реакций, предлагать на форум - т.е. шевелиться самому, а не лежать боком

[Лар-лар]

Еще актуально?  Вторая задача решена. В рамках подготовке к олимпиадам очень интересно

[DinozaWar]

2 часа назад, Лар-лар сказал:

Еще актуально?  Вторая задача решена. В рамках подготовке к олимпиадам очень интересно

Актуально! Очень хотелось бы взглянуть на решение

[Лар-лар]

13 часа назад, DinozaWar сказал:

Актуально! Очень хотелось бы взглянуть на решение

Реакция серы с горячей концентрированной азотной кислотой идет по уравнению:

 

 

S+6HNO3=H2SO4+6NO2+2H2O (1)

Вычислим молярные массы и массы веществ из уравнения реакции :

M(S)=32 г/моль m(S)= 32*1=32г

M(HNO3)=1+14+48=63 г/моль m(HNO3)=6*63=378г

M(H2SO4)=2+32+64=98 г/моль m(H2SO4)=1*98=98г

M(NO2)=14+32=46 г/моль m(NO2)=6*46=276г

M(H2O)=2+16=18г/моль m(H2O)=2*18г

 

 

Если в 85% растворе содержится 378 г HNO3, то масса раствора будет

378/0,85=444,706 г, а масса воды в этом растворе будет соответственно

444,706*0,15=66,706 г воды, что соответствует 66,706/18=3,706 моль воды.

Добавим эти 3,706 моль в уравнение реакции с двух сторон:

S+3,706 H2O+6HNO3=H2SO4+6NO2+2H2O+3,706 H2O(2)

Это уравнение соответствует реакции серы и азотной кислоты если бы они были взяты без избытка-недостатка, но по условию задачи нам известно, что в растворе после реакции осталась непрореагировавшая азотная кислота, то есть в начале реакции имел место избыток 85% раствора азотной кислоты состава 3,706 H2O+6HNO3. Обозначим коэффициент перед этим избыточным раствором через k и добавим его с двух сторон к реакции уравнения:

 

S+3,706 H2O+6HNO3+k*3,706 H2O+k*6HNO3=H2SO4+6NO2+2H2O+3,706 H2O+ k*3,706 H2O+k*6HNO3 (3)

Просуммируем коэффициенты перед одними и теми же веществами:

До реакции H2O: 3,726+ k*3,706=3,706*(k+1)

До реакции HNO3: 6+ k*6=6*(k+1)

После реакции H2O: 2+3,706+ k*3,706=5,706+ k*3,706

И перепишем уравнение с этими коэффициентами:

S+(3,706*(k+1))H2O+(6*(k+1))HNO3=H2SO4+6NO2+(5,706+ k*3,706)H2O+k*6HNO3 (4)

 

После реакции у нас остается раствор в который входит серная кислота, азотная кислота и вода (диоксид азота улетучился). И нам известно что массовая доля азотной кислоты упала вдвое, т.е. стала равна 0,425.

Найдем из уравнения (4) массу раствора после реакции – она равна сумме масс всех веществ кроме массы оксида азота

M(H2SO4)=2+32+64=98 г/моль m(H2SO4)=1*98=98г

M(H2O)=2+16=18г/моль m(H2O)= (5,706+ k*3,706)*18г=102,708+k* 66,708 г

M(HNO3)=1+14+48=63 г/моль m(HNO3)= k*6*63= k *378г

m (раствора)= M(H2SO4)+ M(H2O) M(HNO3)=98+102,708+k* 66,708+ k *378=

=200,708+444,708 k

 

Запишем уравнение для массовой доли азотной кислоты после реакции:

0,425= M(HNO3)/ m (раствора)=( k *378)/ 200,708+ 444,708* k

И решим его относительно k:

378 k=0,425*(200,708+ 444,708*k) = 85,301+189,001 k

188,999 k =85,301

 

k=0,45

Теперь подставим найденный нами коэффициент в уравнение(4):

S+(3,706*(0,45+1))H2O+(6*(0,45+1))HNO3=H2SO4+6NO2+(5,706+ 0,45*3,706)H2O+0,45*6HNO3

Или

S+5,374H2O+8,7HNO3=H2SO4+6NO2+7,374H2O+2,7HNO3 (5)

 

Найдем из уравнения (5) массу раствора после реакции – она равна сумме масс всех веществ кроме массы оксида азота

M(H2SO4)=2+32+64=98 г/моль m(H2SO4)=1*98=98г

M(H2O)=2+16=18г/моль m(H2O)= 7,374*18г=132,732 г

M(HNO3)=1+14+48=63 г/моль m(HNO3)= 2,7*63= 170,1 г

m (раствора)= M(H2SO4)+ M(H2O) M(HNO3)=98+132,732+170,1=400,832г

Найдем массовую долю серной кислоты

w (H2SO4)= M(H2SO4)/ m (раствора)=98/400.832=0.2445 или 24.45%.

 

Как то так.

Можно пойти по принципу «горе от ума» и вспомнить что диоксид азота реагирует с водой  с образованием азотной и азотистой кислот, и пересчитать раствор и молярные соотношения веществ в растворе с учетом  этого, но это тут лишнее как мне кажется.

Изменено 4 Декабря, 2018 в 08:56 пользователем Лар-лар

[Лар-лар]

13 часа назад, DinozaWar сказал:

Актуально! Очень хотелось бы взглянуть на решение

А по первой задаче - или в моих рассчетах где то ошибка или там щелочь в недостатке, перепроверю и позже и выложу решение. Задача, кстати, очень красивая.

Изменено 4 Декабря, 2018 в 09:27 пользователем Лар-лар