Два стакана одинаковой массы, в одном из которых находится 6,00 г карбоната кальция, а в другом 6,00 г пирита (FeS2), поместили на две чаши весов. К карбонату кальция прилили 50 г 10%-ного раствора соляной кислоты. Вычислите массу 45%-ного раствора азотной кислоты, которую нужно добавить в другой стакан, чтобы после окончания всех реакций весы уравновесились.
Сначала посмотрим на реакцию между карбонатом кальция и соляной кислотой:
CaCO3 + 2HCl -> CaCl2 + H2O + CO2
Из химического уравнения видно, что одна молекула карбоната кальция реагирует с двумя молекулами соляной кислоты, образуя одну молекулу хлорида кальция, одну молекулу воды и одну молекулу углекислого газа.
Масса карбоната кальция равна 6,00 г. Методом перевода единиц можно определить, что это примерно 0,06 моль карбоната кальция (молярная масса CaCO3 составляет около 100 г/моль).
Исходя из химического уравнения, каждая моль карбоната кальция реагирует с двумя молями соляной кислоты. Поскольку у нас 10%-ный раствор соляной кислоты (это значит, что в 100 г раствора содержится 10 г HCl), и нам нужно прибавить 50 г раствора, то масса соляной кислоты составит 5 г.
Для определения количества молей соляной кислоты можно использовать молярную массу HCl, которая составляет около 36,5 г/моль. Таким образом, имеем примерно 0,14 моль соляной кислоты (5 г / 36,5 г/моль).
Так как каждая моль CaCO3 реагирует с двумя молями HCl, то для полного превращения 0,06 моль CaCO3 нам понадобится 0,12 моль HCl (0,06 моль × 2 моля).
Продолжим с реакцией между пиритом (FeS2) и азотной кислотой (HNO3):
FeS2 + 8HNO3 -> Fe(NO3)2 + 2NO2 + 4H2O + 2S
Из химического уравнения видно, что одна молекула пирита реагирует с восемью молекулами азотной кислоты, образуя одну молекулу нитрата железа (II), две молекулы диоксида азота, четыре молекулы воды и две молекулы серы.
Масса пирита равна 6,00 г. Методом перевода единиц можно определить, что это примерно 0,027 моль пирита (молярная масса FeS2 составляет около 220 г/моль).
Исходя из химического уравнения, каждая моль пирита реагирует с восемью молями азотной кислоты. Поскольку нам нужно добавить 45% раствор азотной кислоты, то масса азотной кислоты составит:
(0,027 моль × 8 моль/моль) × (63 г/моль) / 0,45 = 100 г
Итак, чтобы после окончания всех реакций весы уравновесились, нужно добавить 100 г 45%-ного раствора азотной кислоты в другой стакан.