Какой объем (н.у.) оксида углерода (IV) можно получить при взаимодействии с избытком азотной кислоты 20 г карбоната кальция, содержащего 3% примесей?

Для того чтобы рассчитать объем оксида углерода (IV), который можно получить при реакции с избытком азотной кислоты, начнем с химического уравнения реакции и определения количества вещества исходных компонентов.

1. Химическое уравнение реакции:

   Реакция между карбонатом кальция и азотной кислотой:

   $$\text{CaCO}_3 + 2\text{HNO}_3 \rightarrow \text{Ca(NO}_3)_2 + \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}$$

   Из уравнения видно, что 1 моль карбоната кальция ($\text{CaCO}_3$) реагирует с 2 молями азотной кислоты ($\text{HNO}_3$), выделяя 1 моль углекислого газа ($\text{CO}_2$).

2. Масса чистого карбоната кальция:

   У нас есть 20 г карбоната кальция, но часть из них — примеси. Примеси составляют 3%, то есть чистого карбоната кальция:

   $$\text{Масса чистого CaCO}_3 = 20 \, \text{г} \times \left(1 - \frac{3}{100}\right) = 20 \, \text{г} \times 0.97 = 19.4 \, \text{г}$$

3. Молекулярная масса карбоната кальция:

   Молекулярная масса $\text{CaCO}_3$ равна:

   $$\text{М(CaCO}_3) = 40 + 12 + (3 \times 16) = 100 \, \text{г/моль}$$

4. Количество вещества карбоната кальция:

   Для нахождения количества вещества ($n$) используем формулу:

   $$n = \frac{m}{M}$$

   где $m$ — масса чистого вещества, $M$ — молекулярная масса вещества. Таким образом, количество вещества карбоната кальция:

   $$n_{\text{CaCO}_3} = \frac{19.4 \, \text{г}}{100 \, \text{г/моль}} = 0.194 \, \text{моль}$$

5. Объем углекислого газа (при н.у.):

   Из уравнения реакции видно, что 1 моль карбоната кальция дает 1 моль углекислого газа. Следовательно, количество углекислого газа будет равно количеству моль карбоната кальция:

   $$n_{\text{CO}_2} = 0.194 \, \text{моль}$$

   Для расчета объема углекислого газа при нормальных условиях (н.у.), используем закон Бойля-Мариотта, согласно которому 1 моль идеального газа при нормальных условиях занимает объем 22,4 л:

   $$V_{\text{CO}_2} = n_{\text{CO}_2} \times 22.4 \, \text{л/моль}$$

   Таким образом, объем углекислого газа:

   $$V_{\text{CO}_2} = 0.194 \, \text{моль} \times 22.4 \, \text{л/моль} = 4.3456 \, \text{л}$$

6. Ответ:

   Объем оксида углерода (IV) ($\text{CO}_2$), который можно получить при взаимодействии 20 г карбоната кальция с избытком азотной кислоты, составляет 4.35 литра при нормальных условиях.