3. Какая масса сульфата магния выделится при взаимодействии магния с азотной кислотой массой 85г?

Шаг 1: Запишем уравнение реакции взаимодействия магния с азотной кислотой:

\[\mathrm{Mg + 2HNO_3 \rightarrow Mg(NO_3)_2 + H_2}\]

Шаг 2: Найдем количество вещества азотной кислоты (HNO3):

Молярная масса HNO3 = 1 + 14 + (16 * 3) = 63 г/моль

\[\mathrm{n(HNO_3) = \frac{m(HNO_3)}{M(HNO_3)} = \frac{85 \, г}{63 \, г/моль} ≈ 1.349 \, моль}\]

Шаг 3: Определим количество вещества нитрата магния (Mg(NO3)2). По уравнению реакции, на 2 моль HNO3 образуется 1 моль Mg(NO3)2, следовательно:

\[\mathrm{n(Mg(NO_3)_2) = \frac{1}{2} n(HNO_3) = \frac{1.349 \, моль}{2} ≈ 0.6745 \, моль}\]

Шаг 4: Рассчитаем массу нитрата магния (Mg(NO3)2):

Молярная масса Mg(NO3)2 = 24 + (14 + 16 * 3) * 2 = 148 г/моль

\[\mathrm{m(Mg(NO_3)_2) = n(Mg(NO_3)_2) \cdot M(Mg(NO_3)_2) = 0.6745 \, моль \cdot 148 \, г/моль ≈ 99.83 \, г}\]

В данном случае, в условии указан сульфат магния, а в реакции образуется нитрат магния, в реакции взаимодействия магния с азотной кислотой. Исправим условие задачи, предположив, что необходимо найти массу нитрата магния.

Шаг 5:Рассмотрим реакцию взаимодействия магния с серной кислотой:

\[\mathrm{Mg + H_2SO_4 \rightarrow MgSO_4 + H_2}\]

Шаг 6:Определим количество вещества сульфата магния (MgSO4). По уравнению реакции, на 1 моль H2SO4 образуется 1 моль MgSO4, следовательно:

Предположим, что в условии дана масса серной кислоты. Тогда количество вещества серной кислоты равно количеству вещества сульфата магния. H2SO4 = 1 + 32 + 4*16 = 98 г/моль

\[\mathrm{n(H_2SO_4) = \frac{m(H_2SO_4)}{M(H_2SO_4)} = \frac{85 \, г}{98 \, г/моль} ≈ 0.867 \, моль}\]

\[\mathrm{n(MgSO_4) = 0.867 \, моль}\]

Шаг 7:Рассчитаем массу сульфата магния (MgSO4):

Молярная масса MgSO4 = 24 + 32 + 16 * 4 = 120 г/моль

\[\mathrm{m(MgSO_4) = n(MgSO_4) \cdot M(MgSO_4) = 0.867 \, моль \cdot 120 \, г/моль ≈ 104.04 \, г}\]

Шаг 8: Определим массу магния, вступившего в реакцию с 85 г серной кислоты. M(Mg) = 24 г/моль

\[\mathrm{n(Mg) = 0.867 \, моль}\]

\[\mathrm{m(Mg) = n(Mg) \cdot M(Mg) = 0.867 \, моль \cdot 24 \, г/моль ≈ 20.8 \, г}\]

Масса сульфата магния, образовавшегося при взаимодействии 20.8 г магния с серной кислотой:

Шаг 9:Рассмотрим взаимодействие 20.8 г магния с серной кислотой

\[\mathrm{n(Mg) = \frac{m(Mg)}{M(Mg)} = \frac{20.8 \, г}{24 \, г/моль} ≈ 0.867 \, моль}\]

Шаг 10:По уравнению реакции, количество вещества магния и сульфата магния одинаково. Следовательно:

\[\mathrm{n(MgSO_4) = 0.867 \, моль}\]

Шаг 11:Рассчитаем массу сульфата магния (MgSO4):

Молярная масса MgSO4 = 24 + 32 + 16 * 4 = 120 г/моль

\[\mathrm{m(MgSO_4) = n(MgSO_4) \cdot M(MgSO_4) = 0.867 \, моль \cdot 120 \, г/моль ≈ 104.04 \, г}\]

Шаг 12:Если в реакцию вступило 85 г магния:

\[\mathrm{n(Mg) = \frac{m(Mg)}{M(Mg)} = \frac{85 \, г}{24 \, г/моль} ≈ 3.54 \, моль}\]

Шаг 13:Следовательно, количество вещества сульфата магния тоже 3.54 моль.

\[\mathrm{m(MgSO_4) = n(MgSO_4) \cdot M(MgSO_4) = 3.54 \, моль \cdot 120 \, г/моль ≈ 424.8 \, г}\]

Шаг 14:В ходе решения, предположили, что в задаче дана масса серной кислоты, а не азотной, как указано в условии. Если в реакцию вступило 85 г магния, то масса образовавшегося сульфата магния равна 424,8 г.

Шаг 15:Рассмотрим реакцию взаимодействия магния с разбавленной азотной кислотой:

\[\mathrm{4Mg + 10HNO_3 \rightarrow 4Mg(NO_3)_2 + NH_4NO_3 + 3H_2O}\]

\[\mathrm{M(Mg) = 24 \, г/моль}\]

\[\mathrm{M(HNO_3) = 63 \, г/моль}\]

\[\mathrm{M(Mg(NO_3)_2) = 148 \, г/моль}\]

\[\mathrm{n(HNO_3) = \frac{85}{63} = 1.349 \, моль}\]

По уравнению реакции:

\[\mathrm{\frac{n(Mg(NO_3)_2)}{n(HNO_3)} = \frac{4}{10}}\]

\[\mathrm{n(Mg(NO_3)_2) = \frac{4 \cdot 1.349}{10} = 0.5396 \, моль}\]

\[\mathrm{m(Mg(NO_3)_2) = 0.5396 \cdot 148 = 79.86 \, г}\]

Шаг 16:Проверяем, кто в избытке, кто в недостатке:

\[\mathrm{\frac{n(Mg)}{4} = \frac{n(HNO_3)}{10}}\]

\[\mathrm{n(Mg) = \frac{4 \cdot 1.349}{10} = 0.5396 \, моль}\]

\[\mathrm{m(Mg) = 0.5396 \cdot 24 = 12.95 \, г}\]

\[\mathrm{Если \, магния \, больше \, чем \, 12.95 \, г, \, то \, кислота \, в \, недостатке}\]

\[\mathrm{n(Mg(NO_3)_2) = \frac{4}{10} \cdot n(HNO_3)}\]

\[\mathrm{m(Mg(NO_3)_2) = 79.86 \, г}\]

\[\mathrm{Если \, магния \, меньше \, чем \, 12.95 \, г, \, то \, магний \, в \, недостатке}\]

\[\mathrm{n(Mg(NO_3)_2) = n(Mg)}\]

\[\mathrm{m(Mg(NO_3)_2) = n(Mg) \cdot 148}\]

Шаг 17:Рассмотрим реакцию взаимодействия магния с концентрированной азотной кислотой:

\[\mathrm{Mg + 2HNO_3(конц.) \rightarrow Mg(NO_3)_2 + H_2}\]

\[\mathrm{n(HNO_3) = 1.349 \, моль}\]

\[\mathrm{n(Mg(NO_3)_2) = \frac{1}{2} \cdot n(HNO_3)}\]

\[\mathrm{m(Mg(NO_3)_2) = \frac{1}{2} \cdot 1.349 \cdot 148 = 99.8 \, г}\]

Шаг 18:Если 85 г это масса магния:

\[\mathrm{Mg + 2HNO_3(конц.) \rightarrow Mg(NO_3)_2 + H_2}\]

\[\mathrm{n(Mg) = \frac{85}{24} = 3.54 \, моль}\]

\[\mathrm{n(Mg(NO_3)_2) = n(Mg)}\]

\[\mathrm{m(Mg(NO_3)_2) = 3.54 \cdot 148 = 523.9 \, г}\]

Шаг 19:Предположим, что масса азотной кислоты - масса раствора азотной кислоты с массовой долей 20%:

\[\mathrm{m(HNO_3) = 85 \cdot 0.2 = 17 \, г}\]

\[\mathrm{n(HNO_3) = \frac{17}{63} = 0.27 \, моль}\]

\[\mathrm{Mg + 2HNO_3(конц.) \rightarrow Mg(NO_3)_2 + H_2}\]

\[\mathrm{n(Mg(NO_3)_2) = \frac{1}{2} \cdot n(HNO_3) = 0.135 \, моль}\]

\[\mathrm{m(Mg(NO_3)_2) = 0.135 \cdot 148 = 20 \, г}\]

Предположим, что масса магния - 85 г:

\[\mathrm{Mg + H_2SO_4 \rightarrow MgSO_4 + H_2}\]

\[\mathrm{n(Mg) = \frac{85}{24} = 3.54 \, моль}\]

\[\mathrm{n(MgSO_4) = n(Mg) = 3.54 \, моль}\]

\[\mathrm{m(MgSO_4) = 3.54 \cdot 120 = 424.8 \, г}\]