4. Смесь массой 20 г, состоящую из меди и оксида меди (II), обработали избытком концентрированной азотной кислоты. При этом был собран газ объемом 1,568 дм³ (н. у.). Рассчитайте массовые доли веществ в исходной смеси.

Решение:

1. Определим, какие вещества в смеси реагируют с азотной кислотой.

Медь (Cu) — металл, который реагирует с концентрированной азотной кислотой с выделением бурого газа NO₂.

Оксид меди (II) (CuO) — основный оксид, который также реагирует с кислотами, но не выделяет газ.

Следовательно, газ выделяется только при реакции меди с азотной кислотой.

2. Запишем уравнение реакции меди с концентрированной азотной кислотой:

\[ \text{Cu} + 4\text{HNO}_3(\text{конц.}) \rightarrow \text{Cu}(\text{NO}_3)_2 + 2\text{NO}_2 \uparrow + 2\text{H}_2\text{O} \]

3. Рассчитаем количество вещества газа (NO₂) в дм³ (н.у.).

Молярный объем газа (н.у.) = 22,4 л/моль = 22,4 дм³/моль.

Объем газа V(NO₂) = 1,568 дм³.

Количество вещества NO₂: \( n(\text{NO}_2) = \frac{V(\text{NO}_2)}{V_m} = \frac{1.568 \text{ дм}^3}{22.4 \text{ дм}^3/\text{моль}} \)

\[ n(\text{NO}_2) = 0.07 \text{ моль} \]

4. Рассчитаем количество вещества меди (Cu), вступившей в реакцию.

Из уравнения реакции следует, что из 1 моль Cu образуется 2 моль NO₂. Следовательно, количество вещества меди в два раза меньше количества вещества NO₂.

\[ n(\text{Cu}) = \frac{1}{2} n(\text{NO}_2) = \frac{1}{2} \times 0.07 \text{ моль} = 0.035 \text{ моль} \]

5. Рассчитаем массу меди (Cu).

Молярная масса меди (Cu) = 63,5 г/моль.

\[ m(\text{Cu}) = n(\text{Cu}) \times M(\text{Cu}) = 0.035 \text{ моль} \times 63.5 \text{ г/моль} \]

\[ m(\text{Cu}) = 2.2225 \text{ г} \]

6. Рассчитаем массу оксида меди (II) (CuO) в смеси.

Общая масса смеси = 20 г.

\[ m(\text{CuO}) = m_{\text{смеси}} - m(\text{Cu}) = 20 \text{ г} - 2.2225 \text{ г} = 17.7775 \text{ г} \]

7. Рассчитаем массовые доли веществ в исходной смеси.

Массовая доля меди (ω(Cu)):

\[ \omega(\text{Cu}) = \frac{m(\text{Cu})}{m_{\text{смеси}}} = \frac{2.2225 \text{ г}}{20 \text{ г}} \times 100\% \]

\[ \omega(\text{Cu}) = 11.1125 \% \]

Массовая доля оксида меди (II) (ω(CuO)):

\[ \omega(\text{CuO}) = \frac{m(\text{CuO})}{m_{\text{смеси}}} = \frac{17.7775 \text{ г}}{20 \text{ г}} \times 100\% \]

\[ \omega(\text{CuO}) = 88.8875 \% \]

Ответ:

Массовая доля меди (Cu) ≈ 11,11%.

Массовая доля оксида меди (II) (CuO) ≈ 88,89%.