Question

Для утилизации металлического мусо-ра токарного цеха проанализировали крупную партию перемешанных медных и стальных стружек. Для этого образец разделили на две порции равной массы. Порции поместили в два одинаковых реактора и обработали взя-тыми в избытке концентрированной азотной кислотой первую порцию и концентрирован-ной соляной – вторую. Дождались полного прекращения выделения пузырьков газа в ре-акторах. По показаниям манометров давление во втором реакторе оказалось в три раза вы-ше, чем в первом. Вычислите состав (% масс.) смеси этой порции металлоотходов по резуль-татам анализа.

Answer 1

С концентрированной азотной кислотой реагирует только медь:
Cu + 4HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
Железо холодной концентрированной азотной кислотой пассивируется.

С соляной реагирует только железо:
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2

Согласно закону Бойля-Мариотта (p1V1 = p2V2), при приведении образовавшихся газов к нормальным условиям, объем образовавшегося водорода окажется в три раза больше, чем объем двуокиси азота.

Выразим объем образовавшихся газов через массы металлов
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2
х г                            V, л
56 г                          22,4 л
Отсюда V(H2) = 0,4х

Cu + 4HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
у г                                      V л
64 г                                    2*22,4 л
Отсюда V(NO2) = 0,7у


Согласно условию задачи можем записать:
3 * 0,7у = 0,4х
Отсюда х/у = 5,25, т.е. содержание металлов в смеси:
ω(Cu) = 1/(1+5,25) = 0,16 или 16%
ω(Fe) = 5,25/(1+5,25) = 0,84 или 84%

Ответ: железо - 84%; медь - 16%

Answer 2

Из условия задачи следует, что первая порция была обработана концентрированной азотной кислотой, а вторая - концентрированной соляной кислотой. При этом в реакторах происходили следующие реакции:

Cu + 4 HNO3 → Cu(NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O Fe + 6 HCl → FeCl3 + 3 H2

Медь реагирует с азотной кислотой, образуя нитрат меди и оксид азота, который выходит в виде газа. Железо реагирует с соляной кислотой, образуя хлорид железа и молекулярный водород, который также выходит в виде газа.

Оба газа можно рассматривать как идеальные газы, поэтому для вычисления массы газа, выделенного в каждом реакторе, можно использовать уравнение идеального газа:

PV = nRT,

где P - давление газа, V - его объем, n - количество вещества газа, R - универсальная газовая постоянная, T - температура газа.

Так как в обоих реакторах была использована одна и та же масса металлической порции, то можно считать, что количество реагирующих веществ одинаково для обоих реакторов. Тогда отношение масс газов, выделенных в каждом реакторе, равно отношению давлений в этих реакторах:

m(газ1) / m(газ2) = P(газ1) / P(газ2) = 1 / 3.

Так как в обоих реакторах выделены только газы, то можно считать, что массы металлов остались неизменными.

Обозначим массы меди и стали в образце соответственно как m(Cu) и m(Fe). При реакции с азотной кислотой выделился оксид азота, который не участвует дальше в реакции. Тогда количество азота, необходимое для реакции с медью, равно количеству выделенного оксида азота:

4 mol HNO3 = 2 mol NO2 + 2 mol H2O 1 mol Cu = 1 mol Cu(NO3)2 m(Cu) / M(Cu) = 2 mol NO2, где M(Cu) - молярная масса меди.

Аналогично, количество водорода, выдел