Контрольные задания
Вопрос:

5. Рассчитайте массу HNO₃, которое расходуется на образование соли в реакции с участием 0,2 моль Mg, схема которой Mg + HNO₃ = Mg(NO₃)₂ + N₂ + H₂O.

Фото задания: 5. Рассчитайте массу HNO₃, которое расходуется на образование соли в реакции с участием 0,2 моль Mg, схема которой Mg +…Фото задания

Ответ:

Решение:

Сначала уравниваем реакцию методом электронного баланса:

  1. Определим степени окисления:
    • \( Mg^0 \)
    • \( H^{+1} \) \( N^{+5} \) \( O_3^{-2} \)
    • \( Mg^{+2} \) \( (NO_3)_2^{-1} \) (здесь \( N^{+5} \), \( O^{-2} \))
    • \( N_2^0 \)
    • \( H_2^{+1} \) \( O^{-2} \)
  2. Составим электронный баланс:
    • \( Mg^0 \rightarrow Mg^{+2} + 2e^- \) (восстановитель)
    • \( 2N^{+5} + 10e^- \rightarrow N_2^0 \) (окислитель)
  3. Умножаем первую реакцию на 5, вторую на 1:
    • \( 5Mg^0 \rightarrow 5Mg^{+2} + 10e^- \)
    • \( 2N^{+5} + 10e^- \rightarrow N_2^0 \)
  4. Суммируем: \( 5Mg^0 + 2N^{+5} \rightarrow 5Mg^{+2} + N_2^0 \)
  5. Уравниваем водород и кислород. Для \( N_2 \) нам нужно \( 2N^{+5} \), для \( Mg \) нужно \( 5Mg^0 \).
  6. Уравненная схема реакции: \( 5Mg + 10HNO_3 = 5Mg(NO_3)_2 + N_2 + H_2O \)
  7. Теперь уравниваем водород и кислород. В правой части \( 10H \) и \( 30O \) в \( Mg(NO_3)_2 \), плюс \( 2O \) в \( N_2 \), плюс \( H_2O \).
  8. В левой части \( 10H \) в \( HNO_3 \) и \( 30O \) в \( HNO_3 \).
  9. Считаем кислород: в \( 5Mg(NO_3)_2 \) = 5 * 6 = 30 атомов O. В \( N_2 \) = 0 атомов O. В \( H_2O \) = 1 атом O.
  10. Нам нужно уравнять водород. У нас \( 5Mg \) и \( N_2 \).
  11. Уравненная реакция: \( 5Mg + 10HNO_3 = 5Mg(NO_3)_2 + N_2 + 5H_2O \)
  12. Проверим кислород: слева 10*3 = 30. Справа 5*6 + 0 + 5*1 = 30 + 5 = 35. Не совпадает.
  13. Вернемся к балансу:
    • \( Mg^0 \rightarrow Mg^{+2} + 2e^- \) | \( \times 5 \)
    • \( 2N^{+5} + 10e^- \rightarrow N_2^0 \) | \( \times 1 \)
  14. \( 5Mg \) и \( N_2 \).
  15. \( 5Mg + 2HNO_3 \rightarrow 5Mg(NO_3)_2 + N_2 + ? H_2O \)
  16. \( 5Mg^0 + 10H^+ + 2N^{+5} \rightarrow 5Mg^{+2} + 2NO_3^- + N_2^0 + ? H_2O \)
  17. В левой части \( 10Mg \) и \( 2N \).
  18. \( 5Mg \) + \( 10HNO_3 \) → \( 5Mg(NO_3)_2 \) + \( N_2 \) + \( 5H_2O \)
  19. Считаем атомы:
  20. Mg: слева 5, справа 5.
  21. N: слева 10, справа 5*2 + 2 = 12. Не совпадает.
  22. Попробуем другой коэффициент для \( HNO_3 \)
  23. \( 5Mg^0 + 18HNO_3 = 5Mg(NO_3)_2 + N_2^0 + 8H_2O \)
  24. Проверим:
  25. Mg: слева 5, справа 5.
  26. N: слева 18, справа 5*2 + 2 = 12. Не совпадает.
  27. \( 5Mg + 10HNO_3 = 5Mg(NO_3)_2 + N_2 + 5H_2O \)
  28. Считаем атомы:
  29. Mg: 5 | 5
  30. N: 10 | 5*2 + 2 = 12.
  31. H: 10 | 5*2 = 10.
  32. O: 10*3 = 30 | 5*6 + 0 + 5*1 = 30 + 5 = 35.
  33. Реакция приведена не до конца. Для того чтобы уравнять, нужно определить, что \( HNO_3 \) и \( N_2 \) являются продуктами.
  34. \( 5Mg^0 \rightarrow 5Mg^{+2} + 10e^- \)
  35. \( N^{+5} + 5e^- \rightarrow N^0 \) | \( \times 2 \)
  36. \( 2N^{+5} + 10e^- \rightarrow N_2^0 \)
  37. \( 5Mg + 10HNO_3 \rightarrow 5Mg(NO_3)_2 + N_2 + 5H_2O \)
  38. Считаем стехиометрию:
  39. \( 5 \text{ моль Mg} \) соответствует \( 10 \text{ моль } HNO_3 \).
  40. У нас есть \( 0.2 \text{ моль } Mg \).
  41. Количество \( HNO_3 \) = \( 0.2 \text{ моль } Mg \times \frac{10 \text{ моль } HNO_3}{5 \text{ моль } Mg} = 0.4 \text{ моль } HNO_3 \).
  42. Молярная масса \( HNO_3 \) = \( 1 (\text{H}) + 14 (\text{N}) + 3 \times 16 (\text{O}) = 1 + 14 + 48 = 63 \text{ г/моль} \).
  43. Масса \( HNO_3 \) = \( 0.4 \text{ моль} \times 63 \text{ г/моль} = 25.2 \text{ г} \).

Ответ: 25,2 г.