709.2 torr, 20.3℃에서 Cu 4.95 cm3 + HNO3 219.1 mL

709.2 torr, 20.3℃에서 Cu 4.95 cm3 + HNO3 219.1 mL

 

 

Nitrogen dioxide has opposing roles in our world. It is essential in the industrial production of nitric acid, but is also a contributor to acid rain and photochemical smog. Calculate the volume of nitrogen dioxide produced at 709.2 torr and 20.3°C by the reaction of 4.95 cm3 copper (density = 8.95 g/cm3) with 219.1 mL of concentrated nitric acid if the acid has a density of 1.42 g/cm3 and contains 68.0% HNO3 by mass.

Cu(s) + 4HNO3(aq) → Cu(NO3)2(aq) + 2NO2(g) + 2H2O(l)

 

 

공업용 질산의 생산에 사용되는 이산화질소(NO2)는 산성비와 광화학적 스모그의 원인이 된다.

709.2 torr, 20.3℃에서, 질산 219.1 mL와 구리 4.95 cm3의 반응에 의해 생성되는 NO2의 부피는 얼마인가?

 

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HNO3의 질량을 계산하면,

219.1 mL × (1.42 g/mL) = 311.122 g 질산 용액

311.122 g × (68.0/100) = 211.56296 g HNO3

 

 

HNO3의 몰질량 = 63.01 g/mol 이므로,

211.56296 g HNO3의 몰수를 계산하면,

211.56296 g / (63.01 g/mol) = 3.357609 mol HNO3

( 참고 https://ywpop.tistory.com/7738 )

 

 

Cu의 질량을 계산하면,

4.95 cm3 × (8.95 g/cm3) = 44.3025 g Cu

 

 

Cu의 몰질량 = 63.5460 g/mol ≒ 63.55 g/mol 이므로,

44.3025 g Cu의 몰수를 계산하면,

44.3025 g / (63.55 g/mol) = 0.697128 mol Cu

 

 

Cu : HNO3 = 1 : 4 계수비(= 몰수비) 이므로,

0.697128 mol Cu와 반응하는 HNO3의 몰수를 계산하면,

Cu : HNO3 = 1 : 4 = 0.697128 mol : ? mol

? = 4 × 0.697128 = 2.788512 mol HNO3

> HNO3는 이만큼 있다. 반응하고도 남는다.

---> 남는다 = 과잉반응물.

> 따라서 Cu가 한계반응물.

( 참고: 한계반응물 https://ywpop.tistory.com/3318 )

 

 

Cu : NO2 = 1 : 2 계수비(= 몰수비) 이므로,

0.697128 mol Cu가 반응하면 생성되는 NO2의 몰수를 계산하면,

Cu : NO2 = 1 : 2 = 0.697128 mol : ? mol

? = 2 × 0.697128 = 1.394256 mol NO2

 

 

PV = nRT 로부터,

( 식 설명 https://ywpop.tistory.com/3097 )

 

NO2의 부피를 계산하면,

V = nRT / P

= [(1.394256) (0.08206) (273.15+20.3)] / (709.2/760)

= 35.979 L

 

 

답: 약 36.0 L