Задачи на соотношения (атомные, ионные и мольные) и число Авогадро.

Сульфат меди образован катионами металла, расположенного в ряду активности после водорода, а также кислотными остатками кислородсодержащей неорганической кислоты. Для таких солей продуктами электролиза будут являться свободный металл, кислота и кислород:

2CuSO₄ + 2H₂O →2Сu↓ + 2H₂SO₄ + O₂↑                              (I)

Рассчитаем массу и количество вещеcтва сульфата меди (II) в исходном растворе (до электролиза):
m_исх.(CuSO₄) = m_{исх.р-ра}(CuSO₄) ∙ ω(CuSO₄)/100% = 500 г ∙ 16%/100% = 80 г;
ν_исх.(CuSO₄) = m_исх.(CuSO₄)/М(CuSO₄) = 80 г/160 г/моль = 0,5 моль.

По условию имеется соотношение числа катионов водорода и меди в момент остановки процесса. Это говорит о том, что процесс не дошел до конца и там остался сульфат меди (II). Обозначим за х количество сульфата меди (II), которое вступило в реакцию. Тогда количество образовавшейся кислоты тоже равно х моль (по уравнению реакции (I)). Из одной молекулы серной кислоты при полной диссоциации получается два катиона водорода, значит количество катионов водорода будет равно 2х моль. При этом в растворе остается (0,5 − х) моль сульфата меди (II). Поскольку нам известно соотношение катионов водорода и катионов меди, можно составить следующее уравнение:

2ν(H₂SO₄)/ν_ост.(CuSO₄) = 2N(H₂SO₄)/N_ост.(CuSO₄) = 2N(H₂SO₄)/N(Cu²⁺) = N(H⁺)/N(Cu²⁺) = 1/2, тогда

2х/(0,5 − х) = 1/2
4х = 0,5 − х
5х = 0,5
х = 0,1 моль.

ν(H₂SO₄) = 0,1 моль, тогда
ν_ост.(CuSO₄) = 0,5 моль – 0,1 моль = 0,4 моль.

В процессе электролиза раствор становится легче за счет выделения из него меди и кислорода. Вычислим их количества и массы:
ν(O₂) = ν(H₂SO₄)/2 = 0,1 моль/2 = 0,05 моль,
m(O₂) = 0,05 · 32 г/моль = 1,6 г,
ν(Cu) = ν(H₂SO₄) = 0,1 моль, m(Cu) = 0,1 моль · 64 г/моль = 6,4 г.

Определим массу раствора после электролиза:
m(конеч. р-ра) = m_{исх.р-ра}(CuSO₄) − m(O₂) − m(Cu) = 500 г − 1,6 г − 6,4 г = 492 г.

Далее по пропорции вычислим количества сульфата меди (II) и серной кислоты, которые попали в порцию раствора:

492 г − 0,4 моль CuSO₄
98,4 г − y моль CuSO₄
y = ν(CuSO₄) = 0,08 моль

492 г − 0,1 моль H₂SO₄
98,4 г − z моль H₂SO₄
z = ν(H₂SO₄) = 0,02 моль

Далее обратим внимание на то, что осадить из раствора ионы меди не удастся до тех пор, пока в растворе присутствует серная кислота. Таким образом, при добавлении раствора гидроксида натрия будет происходить последовательность из двух реакций:

H₂SO₄ + 2NaOH = Na₂SO₄ + 2H₂O                              (II)

CuSO₄ + 2NaOH = Cu(OH)₂ + Na₂SO₄                       (III)

Вычислим суммарный расход щелочи на оба процесса:
ν(NaOH) = 2ν(H₂SO₄) + 2ν(CuSO₄) = 0,02 моль · 2 + 0,08 моль · 2 = 0,2 моль,
m(NaOH) = 0,2 моль · 40 г/моль = 8 г.

Далее вычислим массу раствора гидроксида натрия:
m(р-ра NaOH) = m(NaOH)/w(NaOH) · 100% = 8 г/20% · 100% = 40 г.

Ответ: m(р-ра NaOH) = 40 г.

Сульфат меди образован катионами металла, расположенного в ряду активности после водорода, а также кислотными остатками кислородсодержащей неорганической кислоты. Для таких солей продуктами электролиза будут являться свободный металл, кислота и кислород:

2CuSO₄ + 2H₂O →2Сu↓ + 2H₂SO₄ + O₂↑              (I)

По известному количеству сульфат-анионов можно вычислить исходные количество и массу сульфата меди (II) и массу его раствора:
ν_исх.(CuSO₄) = ν(SO₄^2-) = N(SO₄^2-)/N_A = 9,03 · 10²³/6,02 · 10²³ моль^-1 = 1,5 моль;
m_исх.(CuSO₄) = 1,5 моль · 160 г/моль = 240 г;
m_исх(р-ра CuSO₄) = m(CuSO₄)/16%  · 100% = 240 г/16% · 100% = 1500 г.

Далее вычислим количество и массу кислорода, который выделился на аноде:
ν(O₂) = V(O₂)/V_m = 3,36 л/22,4 л/моль = 0,15 моль;
m(O₂) = ν · M = 0,15 моль · 32 г/моль = 4,8 г.

Вычислим количество и массу меди, выделившейся на катоде (по уравнению реакции (I)):
ν(Cu) = 2ν(O₂) = 0,15 моль · 2 = 0,3 моль;
m(Cu) = ν · M = 0,3 моль · 64 г/моль = 19,2 г.

Далее необходимо найти массу раствора карбоната натрия и количество карбоната натрия. Это можно сделать, вычислив массу растворителя исходя из количества молекул воды в растворе (с учетом того, что в растворе карбоната натрия содержится 10% соли и 90% воды):
ν(H₂O) = N(H₂O)/N_A = 4,7859 · 10²⁴/6,02 · 10²³ моль^-1 = 7,95 моль,
m(H₂O) = ν · M = 7,95 моль · 18 г/моль = 143,1 г; тогда
m(р-ра Na₂CO₃) = m(р-ра)/w(H₂O) · 100% = 143,1 г/90%  · 100% = 159 г;
m(Na₂CO₃) = m(р-ра Na₂CO₃) · w(Na₂CO₃)/100% = 159 · 10%/100% = 15,9 г; тогда
ν(Na₂CO₃) = m/M = 15,9 г/106 г/моль = 0,15 моль.

Далее необходимо понять, какие реакции будут протекать при добавлении раствора карбоната натрия в раствор после электролиза. Для этого необходимо вычислить количества оставшегося сульфата меди (II) и серной кислоты. По уравнению реакции:
ν(H₂SO₄) = ν(Cu) = 0,3 моль; отсюда ν_расх.(CuSO₄) = ν(Cu) = 0,3 моль;
ν_ост.(CuSO₄) = ν_исх.(CuSO₄) − ν_расх.(CuSO₄) = 1,5 моль − 0,3 моль = 1,2 моль.

Обратим внимание на то, что в растворе одновременно присутствуют кислота и соль, способные к обмену с карбонатом натрия. Однако, следует понимать, что никакой карбонат не сможет образоваться, пока в одном растворе с ним будет сильная кислота. В нашем случае серная кислота по количеству значительно превышает карбонат натрия. Поэтому запишем только один процесс:

Na₂CO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + CO₂ + H₂O                    (II)

Вычислим количество и массу выделившегося углекислого газа:
ν(CO₂) = ν(Na₂CO₃) = 0,15 моль;  m(CO₂) = ν · M = 0,15 моль · 44 г/моль = 6,6 г.

Далее вычислим массу сульфата меди (II) после прохождения всех реакций:
m_ост.(CuSO₄) = ν · M = 1,2 моль · 160 г/моль = 192 г.

Масса конечного раствора сложится из начальной массы раствора сульфата меди (II) и раствора карбоната натрия за вычетом кислорода, меди и углекислого газа. Вычислим эту массу:
m(конеч. р-ра) = m_исх(р-ра CuSO₄) + m(р-ра Na₂CO₃) − m(O₂) − m(Cu) − m(CO₂) = 1500 г + 159 г − 4,8 г − 19,2 г − 6,6 г = 1628,4 г.

Вычислим долю сульфата меди (II) в конечном растворе:
ω(CuSO₄) = m_ост.(CuSO₄)/m(конеч. р-ра) · 100% = 192 г/1628,4 г  · 100% = 11,79%.

Ответ: ω(CuSO₄) = 11,79%.

Нитрат серебра образован катионами металла, расположенного в ряду активности после водорода, а также кислотным остатком кислородсодержащей неорганической кислоты. Для таких солей продуктами электролиза будут являться свободный металл, кислота и кислород:

4AgNO₃ + 2H₂O = 4Ag + O₂ + 4HNO₃                       (I)

Вычислим исходные массу и количество нитрата серебра:
m_исх.(AgNO₃) = m(р-ра AgNO₃) · 20%/100% = 340 г · 20%/100% = 68 г;
ν_исх.(AgNO₃) = m/M = 68 г/170 г/моль = 0,4 моль.

В твердом состоянии на электроде выделилось серебро. Вычислим его количество и массу (по уравнению реакции (I)):
ν(Ag) = N(Ag)/N_A = 1,204 · 10²³/6,02 · 10²³ моль^-1 = 0,2 моль;
m(Ag) = ν · M = 0,2 моль · 108 г/моль = 21,6 г.

Вычислим также количество и массу кислорода, выделившегося в ходе процесса (по уравнению реакции (I)):
ν(O₂) = ν(Ag)/4 = 0,2 моль/4 = 0,05 моль; m(O₂) = ν · M = 0,05 моль · 32 г/моль = 1,6 г.

Далее проходит процесс ионного обмена с участием хлорида натрия:

AgNO₃ + NaCl = AgCl + NaNO₃                   (II)

Для вычисления количества хлорида натрия нужно учесть, что соотношение числа частиц в растворе будет равно соотношению числа моль этих частиц. Тогда справедливо следующее соотношение:
ν(NaCl)/ν(H₂O) = N(NaCl)/N(H₂O) = N(Cl^-)/N(H₂O) = 1/13.

Обозначим за х количество хлорида натрия, вступившегося в реакцию, тогда количество воды будет равно 13х моль. Зная общую массу раствора, составим уравнение:

58,5х + 18 · 13х = 175,5;
292,5х = 175,5;
х = 0,6 моль; т.е. ν(NaCl) = 0,6 моль.

Далее вычислим количество нитрата серебра, оставшегося после электролиза.
ν_расх.(AgNO₃) = ν(Ag) = 0,2 моль;
ν_ост.(AgNO₃) = ν_исх.(AgNO₃) − ν_расх.(AgNO₃) = 0,4 моль − 0,2 моль = 0,2 моль.

Определим количество и массу хлорида натрия, оставшегося после реакции с нитратом серебра.
По уравнению реакции (II) ν_расх.(AgNO₃) = ν_расх.(NaCl):
ν_ост.(NaCl) = ν(NaCl) − ν_расх.(NaCl) = 0,6 моль − 0,2 моль = 0,4 моль;
m_ост.(NaCl) = ν · M = 0,4 моль · 58,5 г/моль = 23,4 г.

Масса конечного раствора сложится из масс растворов нитрата серебра и хлорида натрия за вычетом серебра, кислорода и осадка хлорида серебра. Рассчитаем необходимые количества и массы веществ:
ν(AgCl) = ν_расх.(AgNO₃) = 0,2 моль; отсюда
m(AgCl) = ν · M = 0,2 моль · 143,5 г/моль = 28,7 г.

Вычислим массу конечного раствора:
m(конеч. р-ра) = m(р-ра AgNO₃) + m(р-ра NaCl) – m(Ag) – m(O₂) − m(AgCl) = 340 г + 175,5 г − 21,6 г − 1,6 г − 28,7 г = 463,6 г.

Вычислим процентное содержание хлорида натрия в конечном растворе:
ω(NaCl) = m_ост.(NaCl)/m(конеч. р-ра) · 100% = 23,4 г/463,6 г  · 100% = 5,05%.

Ответ: ω(NaCl) = 5,05%.

Хлорид меди (II) меди образован катионами металла, расположенного в ряду активности после водорода. Для такой соли продуктами электролиза будут являться свободный металл и хлор:

CuCl₂ = Cu + Cl₂                                (I)

Для вычисления количества хлорида меди (II) необходимо заметить, что соотношение числа частиц в растворе будет равно соотношению числа моль этих частиц. Тогда справедливо следующее соотношение:

ν(CuCl₂)/ν(H₂O) = N(CuCl₂)/N(H₂O) = N(Cu²⁺)/N(H₂O) = 2/85.

Обозначим за 2х количество катионов меди (II) в растворе, тогда количество воды будет равно 85х моль. Зная общую массу раствора, составим уравнение:

135 · 2х + 18 · 85х = 360
1800х = 360
х = 0,2 моль, тогда
ν(CuCl₂) = 0,4 моль.

Далее нужно вычислить, какая часть соли вступила в электролиз, а также то, сколько ее осталось. Это можно сделать по данным о количестве атомов металла:
ν(Cu) = N(Cu)/N_A = 1,204 · 10²³/6,02 · 10²³ моль^-1 = 0,2 моль;
ν_расх.(CuCl₂) = ν(Cu) = 0,2 моль,
ν_ост.(CuCl₂) = ν(CuCl₂) − ν_расх.(CuCl₂) = 0,4 моль − 0,2 моль = 0,2 моль.

Обратим внимание, что от образовавшегося раствора отбирают порцию, в которой в 5 раз меньше молекул воды, чем в растворе целиком. Из этого легко сделать вывод, что частиц хлорида меди (II) туда попадет тоже в 5 раз меньше:

N_порц.(H₂O)/N_общ.(H₂O) = 1/5;
N_порц.(CuCl₂)/N_общ.(CuCl₂) = N_порц.(H₂O)/N_общ.(H₂O) = 1/5;
ν_порц.(CuCl₂)/ν_общ.(CuCl₂) = N_порц.(CuCl₂)/N_общ.(CuCl₂) = 1/5;
ν_порц.(CuCl₂) = ν_общ.(CuCl₂)/5 = 0,2 моль/5 = 0,04 моль.

Оставшийся хлорид меди (II) вступает в обменную реакцию с гидроксидом натрия:

CuCl₂ + 2NaOH = Cu(OH)₂ + 2NaCl                           (II)

Вычислим количество и массу щелочи, необходимые для реакции:
ν(NaOH) = 2ν_порц.(CuCl₂) = 0,04 моль · 2 = 0,08 моль,
m(NaOH) = ν · M = 0,08 моль · 40 г/моль = 3,2 г.

Далее вычислим массу раствора гидроксида натрия:
m(р-ра NaOH) = m(NaOH)/10%  · 100% = 3,2 г/10%  · 100% = 32 г.

Ответ: m(р-ра NaOH) = 32 г.

Запишем уравнения реакций, происходивших в первой и второй колбах соответственно:

3Na₂S + 2AlCl₃ + 6H₂O = 6NaCl + 2Al(OH)₃ + 3H₂S              (I)

Na₂S + 2HCl = 2NaCl + H₂S                                      (II)

Для вычисления количества сульфида натрия необходимо заметить, что соотношение числа частиц в растворе будет равно соотношению числа моль этих частиц. Составим следующее соотношение:
ν(Na₂S)/ν(H₂O) = ν(S^2-)/ν(H₂O) = N(S^2-)/N(H₂O) = 9/250.

Обозначим за 9х количество сульфида натрия. Тогда количество воды будет равно 250х моль. Зная общую массу раствора, составим уравнение:

78 · 9х + 18 · 250х = 260,1
5202х = 260,1
х = 0,05;
ν(Na₂S) = ν · 9 = 0,05 моль · 9 = 0,45 моль.

Далее обратим внимание, что в обеих реакциях количество выделившегося газа равно количеству сульфида натрия. Соотношение количеств молекул газа будет равно соотношению количеств веществ:

ν_{I колб.}(H₂S)/ν_{II колб.}(H₂S) = ν_{I колб.}(Na₂S)/ν_{II колб.}(Na₂S);
ν_{I колб.}(H₂S)/ν_{II колб.}(H₂S) = N_{I колб.}(H₂S)/N_{II колб.}(H₂S) = 1/2.

Обозначим за х количество сульфида натрия из I колбы, тогда во II колбу попало 2х моль сульфида натрия.
Составим уравнение:
х + 2х = 0,45
3х = 0,45
х = 0,15 моль.

ν_{I колб.}(Na₂S) = 0,15 моль, тогда
ν_{II колб.}(Na₂S) = 2 · 0,15 моль = 0,3 моль.

Вычислим количества и массы сероводорода и хлорида натрия во второй колбе.

Поскольку ν_{II колб.}(H₂S) = 0,3 моль, тогда m_{II колб.}(H₂S) = ν · M = 0,3 моль · 34 г/моль = 10,2 г.
ν_{II колб.}(NaCl) = 2ν_{II колб.}(Na₂S) = 0,3 моль · 2 = 0,6 моль,
m_{II колб.}(NaCl) = ν · M = 0,6 моль · 58,5 г/моль = 35,1 г.

Соотношение масс растворов сульфида натрия в I и II колбах будет равно соотношению количеств сульфида натрия в них. Вычислим массу раствора сульфида натрия во II колбе:
m_{II колб.}(р-ра Na₂S) = 260,1 г/3 · 2 = 173,4 г.

Вычислим массу конечного раствора во II колбе:
m(конеч. р-ра) = m_{II колб.}(р-ра Na₂S) + m(р-ра HCl) − m_{II колб.}(H₂S) = 173,4 г + 100 г − 10,2 г = 263,2 г.

Вычислим долю хлорида натрия в конечном растворе:
ω(NaCl) = m_{II колб.}(NaCl)/m(конеч. р-ра) · 100% = 35,1 г/263,2 г · 100% = 13,34%.

Ответ: ω(NaCl) = 13,34%.

Запишем уравнения реакций, происходивших в первой и второй колбах, соответственно:

FeSO₄ + BaCl₂ = FeCl₂ + BaSO₄                                                   (I)

FeSO₄ + 2NH₃ + 2H₂O = Fe(OH)₂ + (NH₄)₂SO₄                       (II)

С помощью пропорции определим массу и количество сульфата железа (II) в исходном растворе:

30,4 г FeSO₄ − 130,4 г раствора
х г FeSO₄ − 326 г раствора
х = 76 г

m_исх.(FeSO₄) = 76 г, откуда ν_исх.(FeSO₄) = 76 г/152 г/моль = 0,5 моль.

Поскольку в молекуле сульфата бария содержится один атом серы, то количество атомов серы пропорционально количеству вещества сульфата бария.

Вычислим количество этого осадка:
ν(BaSO₄) = ν(S) = N(S)/N_A = 1,204 · 10²³/6,02 · 10²³ моль^-1 = 0,2 моль.

Вычислим количество вещества сульфата железа (II), которое попало в первую колбу.

По уравнению реакции (I) ν_{I колб.}(FeSO₄) = ν(BaSO₄) = 0,2 моль.

По разности исходного количества сульфата железа (II) с его содержанием в I колбе, вычислим количество сульфата железа (II), которое попало во II колбу:
ν_{II колб.}(FeSO₄) = ν_исх.(FeSO₄) − ν_{I колб.}(FeSO₄) = 0,5 моль − 0,2 моль = 0,3 моль.

Количество атомов азота пропорционально количеству вещества аммиака.
Вычислим количество аммиака:
ν(NH₃) = ν(N) = N(N)/N_A = 1,204 · 10²⁴/6,02 · 10²³ моль^-1 = 2 моль.

Вычислим массу раствора аммиака:
m(NH₃) = ν · M = 2 моль · 17 г/моль = 34 г,
отсюда m(р-ра NH₃) = m(NH₃)/w(NH₃) · 100% = 34 г/34%  · 100% = 100 г.

Далее вычислим количество и массу аммиака, вступившего во II реакцию с сульфатом железа (II):
ν_расх.(NH₃) = 2ν_{II колб.}(FeSO₄) = 0,3 моль · 2 = 0,6 моль, тогда
ν_ост.(NH₃) = ν(NH₃) − ν_расх.(NH₃) = 2 моль − 0,6 моль = 1,4 моль,
m_ост.(NH₃) = ν · M = 1,4 моль · 17 г/моль = 23,8 г.

Масса конечного раствора сложится из масс растворов сульфата железа (II) и аммиака за вычетом осадка гидроксида железа (II). Масса раствора сульфата железа (II) пропорциональна количеству этой соли, попавшему во вторую колбу. Проведем необходимые вычисления:
m_{II колб.}(р-ра FeSO₄)/m(р-ра) = ν_{II колб.}(FeSO₄)/ν_исх.(FeSO₄);
m_{II колб.}(р-ра FeSO₄)/326 г = 0,3 моль/0,5 моль, отсюда
m_{II колб.}(р-ра FeSO₄) = 326 г · 0,3 моль/0,5 моль = 195,6 г.

Далее вычислим массы выпавшего в осадок гидроксида железа (II) и конечного раствора (по уравнению реакции (II)):
ν(Fe(OH)₂) = ν_{II колб.}(FeSO₄) = 0,3 моль, отсюда m(Fe(OH)₂) = ν · M = 0,3 моль  · 90 г/моль = 27 г,
m(конеч. р-ра) = m_{II колб.}(р-ра FeSO₄) + m(р-ра NH₃) − m(Fe(OH)₂) = 195,6 г + 100 г − 27 г = 268,6 г.

Вычислим массовую долю аммиака в конечном растворе:
ω(NH₃) = m_ост.(NH₃)/m(конеч. р-ра) · 100% = 23,8 г/268,6 г · 100% = 8,86%.

Ответ: ω(NH₃) = 8,86%.

Запишем уравнения реакций, происходивших в первой и второй колбах, соответственно:

Na₂CO₃ + Ca(NO₃)₂ = CaCO₃ + 2NaNO₃                 (I)

Na₂CO₃ + 2HNO₃ = 2NaNO₃ + CO₂ + H₂O                (II)

Далее необходимо вычислить исходные количество и массу карбоната натрия. Проведем необходимые вычисления основываясь на числе молекул воды и пропорции:
ν(H₂O) = N(H₂O)/N_A = 3,01 · 10²⁵/6,02 · 10²³ моль^-1 = 50 моль,
m(H₂O) = ν · M = 50 моль · 18 г/моль = 900 г.

Вычислим массу карбоната натрия в 900 г воды:

31,8 г соли − 100 г воды
х г соли − 900 г воды
х = 286,2 г

m_исх.(Na₂CO₃) = 286,2 г; ν_исх.(Na₂CO₃) = m/M = 286,2 г/106 г/моль = 2,7 моль,
m_исх.(р-ра Na₂CO₃) = m_исх.(Na₂CO₃) + m(H₂O) = 286,2 г + 900 г = 1186,2 г.

Далее вычислим количество осадка карбоната кальция в I колбе и количество прореагировавшего карбоната натрия.

Поскольку в 1 молекуле карбоната кальция содержится 1 атом кальция, вычислим количества веществ карбоната кальция и карбоната натрия:
ν(CaCO₃) = ν(Ca²⁺) = N(Сa²⁺)/N_A = 9,03 · 10²³/6,02 · 10²³ моль^-1 = 1,5 моль,
ν_{I колб.}(Na₂CO₃) = ν(CaCO₃) = 1,5 моль.

Вычислим количество карбоната натрия, которое попало во II колбу:
ν_{II колб.}(Na₂CO₃) = ν_исх.(Na₂CO₃) – ν_{I колб.}(Na₂CO₃) = 2,7 моль − 1,5 моль = 1,2 моль.

Далее вычислим исходное количество азотной кислоты:
m_исх.(HNO₃) = ν · M = 0,3 моль · 756 г/моль = 226,8 г,
тогда ν_исх.(HNO₃) = m/M = 226,8 г/63 г/моль = 3,6 моль.

В ходе реакции с карбонатом натрия часть кислоты израсходовалась.
Вычислим количество и массу оставшейся кислоты, а также количество и массу углекислого газа.
По уравнению реакции (II):

ν_расх.(HNO₃) = 2ν_{II колб.}(Na₂CO₃) = 1,2 моль · 2 = 2,4 моль,
ν_ост.(HNO₃) = ν_исх.(HNO₃) – ν_расх.(HNO₃) = 3,6 моль − 2,4 моль = 1,2 моль,
m_ост.(HNO₃) = ν · M = 1,2 моль · 63 г/моль = 75,6 г.

По уравнению реакции (II) ν(СO₂) = ν_{II колб.}(Na₂CO₃) = 1,2 моль,
m(СO₂) = ν · M = 1,2 моль · 44 г/моль = 52,8 г.

Масса конечного раствора сложится из масс растворов карбоната натрия и азотной кислоты за вычетом углекислого газа. Масса раствора карбоната натрия пропорциональна количеству этой соли, попавшему во II колбу. Проведем необходимые вычисления:
m_{II колб.}(р-ра Na₂CO₃)/m_исх.(р-ра Na₂CO₃) = ν_{II колб.}(Na₂CO₃)/ν_исх.(Na₂CO₃);
m_{II колб.}(р-ра Na₂CO₃)/1186,2 г = 1,2 моль/2,7 моль;
m_{II колб.}(р-ра Na₂CO₃) = m_исх.(р-ра Na₂CO₃) · ν_{II колб.}(Na₂CO₃)/ν_исх.(Na₂CO₃) = 1186,2 г · 1,2 моль/2,7 моль = 527,2 г.
m(конеч. р-ра) = m_{II колб.}(р-ра Na₂CO₃) + m(р-ра HNO₃) − m(СO₂) = 527,2 г + 756 г − 52,8 г = 1230,4 г.

Вычислим массовую долю кислоты в конечном растворе:
ω(HNO₃) = m_ост.(HNO₃)/m(конеч. р-ра) · 100% = 75,6/1230,4· 100% = 6,14%.

Ответ: ω(HNO₃) = 6,14%.

Запишем уравнения реакций, происходивших в первой и второй колбах, соответственно:

3Na₂CO₃ + Fe₂(SO₄)₃ + 3H₂O = 3Na₂SO₄ + 2Fe(OH)₃ + 3CO₂          (I)

Na₂CO₃ + 2HNO₃ = 2NaNO₃ + H₂O + CO₂                                (II)

Для вычисления количества карбоната натрия необходимо учесть, что соотношение числа частиц в растворе будет равно соотношению числа моль этих частиц. Тогда справедливо следующее соотношение:
ν(Na₂CO₃)/ν(H₂O) = N(CO₃^2-)/N(H₂O) = 27/500.

Обозначим за 27х количество карбоната натрия (или карбонат-анионов), тогда количество воды будет равно 500х моль. Зная общую массу раствора, составим уравнение:

106 · 27х + 18 · 500х = 474,48
11862х = 474,48
х = 0,04

ν(Na₂CO₃) = 27x = 27·0,04 моль = 1,08 моль

Далее обратим внимание на то, что в обеих реакциях количество выделившегося газа равно количеству карбоната натрия. Соотношение количеств молекул газа будет равно соотношению количеств веществ:
ν_{I колб.}(CO₂)/ν_{II колб.}(CO₂) = ν_{I колб.}(Na₂CO₃)/ν_{II колб.}(Na₂CO₃);
ν_{I колб.}(CO₂)/ν_{II колб.}(CO₂) = N_{I колб.}(CO₂)/N_{II колб.}(CO₂) = 1/2

Обозначим за х количество карбоната натрия в I колбе, тогда в колбу II попало 2х моль карбоната натрия.

Составим уравнение:

х + 2х = 1,08;
3х = 1,08;
х = 0,36 моль.

ν_{I колб.}(Na₂CO₃) = 0,36 моль;
ν_{II колб.}(Na₂CO₃) = 0,36 моль · 2 = 0,72 моль.

Вычислим количества и массы нитрата натрия и углекислого газа во второй колбе:
ν(NaNO₃) = 2ν_{II колб.}(Na₂CO₃) · 0,72 моль = 1,44 моль.

m(NaNO₃) = ν · M = 1,44 моль · 85 г/моль = 122,4 г,
ν_{II колб.}(CO₂) = ν_{II колб.}(Na₂CO₃) = 0,72 моль,
отсюда m_{II колб.}(CO₂) = ν · M = 0,72 моль  ·  44 г/моль = 31,68 г.

Соотношение масс растворов карбоната натрия в I и II колбах будет равно соотношению количеств карбоната натрия в них. Вычислим массу раствора карбоната натрия во II колбе:
m_{II колб.}(р-ра Na₂CO₃) = m(р-ра Na₂CO₃)/3 · 2 = 474,48 г/3 · 2 = 316,32 г.

Вычислим массу конечного раствора во II колбе:
m(конеч. р-ра) = m_{II колб.}(р-ра Na₂CO₃) + m(р-ра HNO₃) − m_{II колб.}(CO₂) = 316,32 г + 270 г − 31,68 г = 554,64 г.

Вычислим массовую долю нитрата натрия в конечном растворе:
ω(NaNO₃) = m(NaNO₃)/m(конеч. р-ра) · 100% = 122,4 г/554,64 г · 100% = 22,07%.

Ответ: ω(NaNO₃) = 22,07%.

При разложении нитрата магния образуются оксид магния, диоксид азота и кислород:

2Mg(NO₃)₂ = 2MgO + 4NO₂ + O₂                              (I)

Оксид магния реагирует с водой только при кипячении, поэтому с водным раствором щелочи взаимодействует только оставшийся нитрат магния:

Mg(NO₃)₂ + 2NaOH = Mg(OH)₂ + 2NaNO₃             (II)

Вычислим количество гидроксида натрия, вступившего в реакцию с нитратом магния:
ν(NaOH) = ν(Na⁺) = N(Na⁺)/N_A = 6,02 · 10²²/6,02 · 10²³ моль^-1 = 0,1 моль.

Далее вычислим количество и массу нитрата магния, оставшихся после разложения. По уравнению реакции (I) ν(NaOH) = 2ν(Mg(NO₃)₂); следовательно:

ν_ост.(Mg(NO₃)₂) = ν(NaOH)/2 = 0,1 моль/2 = 0,05 моль;
m_ост.(Mg(NO₃)₂) = ν · M = 0,05 моль · 148 г/моль = 7,4 г.

Твердый остаток представляет собой образовавшийся MgO и непрореагировавший Mg(NO₃)₂.

Вычислим массу и количество оксида магния:
m(MgO) = m(тв. ост.) − m_ост.(Mg(NO₃)₂) = 15,4 г − 7,4 г = 8 г;
тогда ν(MgO) = m/M = 8 г/40 г/моль = 0,2 моль.

Далее определим массу разложившегося нитрата магния и суммарную массу образца до прокаливания:
ν_разл.(Mg(NO₃)₂) = ν(MgO) = 0,2 моль,
тогда m_разл.(Mg(NO₃)₂) = ν · M = 0,2 моль · 148 г/моль = 29,6 г;
m_исх.(Mg(NO₃)₂) = m_разл.(Mg(NO₃)₂) + m_ост.(Mg(NO₃)₂) = 29,6 г + 7,4 г = 37 г.

По уравнению разложения нитрата магния имеем (реакция (I)):
5ν(MgO) = 2ν(NO₂ + O₂), тогда
ν(NO₂ + O₂) = 5ν(MgO)/2 = 5 · 0,2 моль/2 = 0,5 моль;
V(NO₂ + O₂) = ν(NO₂ + O₂) · V_m = 0,5 моль · 22,4 л/моль = 11,2 л.

Ответ: m(Mg(NO₃)₂) = 37 г, V(NO₂ + O₂) = 11,2 л.

При разложении нитрата серебра выделяется серебро, диоксид азота и кислород:

2AgNO₃ = 2Ag + 2NO₂ + O₂                         (I)

С раствором соляной кислоты реагирует только оставшийся после реакции (I) нитрат серебра:

AgNO₃ + HCl = AgCl + HNO₃                         (II)

Вычислим количества газов, выделившихся при разложении нитрата серебра:
ν(NO₂) = ν(N) = N(N)/N_A = 1,204 · 10²³/6,02 · 10²³ моль^-1 = 0,2 моль.

Вычислим количество и массу образовавшегося серебра (по уравнению реакции (I)):
ν(Ag) = ν(NO₂) = 0,2 моль; следовательно,
m(Ag) = ν · M = 0,2 моль · 108 г/моль = 21,6 г.

Масса твердого остатка после прокаливания складывается из серебра и оставшегося нитрата серебра. Вычислим массу и количество оставшейся соли:
m_ост.(AgNO₃) = m(тв. остатка) - m(Ag) = 25 г - 21,6 г = 3,4 г;
ν_ост.(AgNO₃) = m/M = 3,4 г/170 г/моль = 0,02 моль.

Вычислим исходные массу и количество хлороводорода:
m_исх.(HCl) = ν · M = 0,2 моль · 18,25 г/моль = 3,65 г;
ν_исх.(HCl) = m/M = 3,65 г/36,5 г/моль = 0,1 моль.

По уравнению реакции количества нитрата серебра и хлороводорода равны: ν_ост.(AgNO₃) = ν(HCl). Вычислим количество и массу HCl, оставшегося после реакции:
ν_ост.(HCl) = ν_исх.(HCl) − ν(HCl) = 0,1 моль − 0,02 моль = 0,08 моль;
m_ост.(HCl) = ν · M = 0,08 моль · 36,5 г/моль = 2,92 г.

Далее вычислим массу выпавшего в осадок хлорида серебра:
ν_ост.(AgNO₃) = ν(HCl) = ν(AgCl); m(AgCl) = ν · M = 0,02 моль · 143,5 г/моль = 2,87 г.

Вычислим массу конечного раствора:
m(конеч. р-ра) = m(H2O) + m_ост.(AgNO₃) + m(р-ра HCl) − m(AgCl) = 50 г + 3,4 г + 18,25 г − 2,87 г = 68,78 г.

Вычислим массовую долю HCl в конечном растворе:
ω(HCl) = m_ост.(HCl)/m(конеч. р-ра) · 100% = 2,92 г/68,78 г · 100% = 4,25%.

Ответ: ω(HCl) = 4,25%.

Фосфид кальция реагирует с водой с образованием гидроксида кальция и фосфина:

Ca₃P₂ + 6H₂O = 3Ca(OH)₂ + 2PH₃                               (I)

Каждая формульная единица фосфида кальция состоит из 5 атомов, поэтому можем вычислить количество вещества, исходя из количества атомов:
ν(Ca₃P₂) = ν(атомов)/5 = 3 моль/5 = 0,6 моль.

Далее запишем уравнение горения фосфина:

PH₃ + 2O₂ = H₃PO₄                           (II)

Количество фосфорной кислоты связано с количеством фосфида кальция следующим соотношением (уравнение реакции (II)):
ν(H₃PO₄) = ν(PH₃) = 2ν(Ca₃P₂) = 0,6 моль · 2 = 1,2 моль,
m(H₃PO₄) = ν · M = 1,2 моль · 98 г/моль = 117,6 г.

Далее необходимо рассчитать массу и количество щелочи.
Для начала определим массу воды и раствора целиком:
m(H₂O) = ν · M = 8 моль · 18 г/моль = 144 г,
w(H₂O) = 100% − w(NaOH) = 100% − 25% = 75%, следовательно, 
m(р-ра NaOH) = m(р-ра)/w(H₂O) · 100% = 144 г/75%  · 100% = 192 г.

Вычислим массу и количество гидроксида натрия:
m(NaOH) = m(р-ра) · w(NaOH)/100% = 192 г · 25%/100% = 48 г, откуда
ν(NaOH) = m/M = 48 г/40 г/моль = 1,2 моль.

Для понимания, какая соль образуется в ходе реакции, сравним количества кислоты и щелочи:
ν(NaOH)/ν(H₃PO₄) = 1,2 моль/1,2 моль = 1.

Поскольку соотношение кислоты и щелочи равно 1:1, то образуется дигидрофосфат натрия:

NaOH + H₃PO₄ = NaH₂PO₄ + H₂O               (III)

Определим количество и массу образовавшейся соли:
ν(NaH₂PO₄) = ν(NaOH) = 1,2 моль, следовательно,
m(NaH₂PO₄) = ν · M = 1,2 моль · 120 г/моль = 144 г.

Далее вычислим массу конечного раствора соли:
m(р-ра NaH₂PO₄) = m(H₃PO₄) + m(р-ра NaOH) = 117,6 г + 192 г = 309,6 г.

Определим массовую долю соли в конечном растворе:
ω(NaH₂PO₄) = m(NaH₂PO₄)/m(р-ра NaH₂PO₄) · 100% = 144 г/309,6 г · 100% = 46,51%.

Ответ: ω(NaH₂PO₄) = 46,51%.

При каталитическом разложении (в присутствии MnO₂) хлората калия выделяется кислород и образуется хлорид калия:

2KClO₃ = 2KCl + 3O₂                        (I)

Вычислим количество кислорода и образовавшегося хлорида калия (уравнение реакции (I)):
ν(O₂) = V/V_m = 6,72 л/22,4 л/моль = 0,3 моль;
ν(KCl) = 2ν(O₂)/3 = 2 · 0,3 моль/3 = 0,2 моль; откуда
m(KCl) = ν · M = 0,2 моль · 74,5 г/моль = 14,9 г.

Поскольку в твердом остатке после разложения остались атомы кислорода, то можно предположить, что разложение прошло не полностью и осталось некоторое количество хлората калия.

Вычислим количество и массу этой соли:
ν(O) = N(O)/N_A = 3,612 · 10²²/6,02 · 10²³ моль^-1 = 0,06 моль;
ν(KClO₃) = ν(O)/3 = 0,06 моль/3 = 0,02 моль;
m(KClO₃) = ν · M = 0,02 моль · 122,5 г/моль = 2,45 г.

Далее вычислим исходные массу и количество нитрата серебра:
m(AgNO₃) =  ν · M = 0,3 моль · 170 г/моль = 51 г;
ν(AgNO₃) = m/M = 51 г/170 г/моль = 0,3 моль.

Хлорат и хлорид калия растворимы в воде, однако с нитратом серебра будет реагировать только хлорид:

AgNO₃ + KCl = AgCl + KNO₃                         (II)

Хлорид калия в недостатке, поэтому по нему можем определить количество и массу осадка хлорида серебра (по уравнению реакции (II)):
ν(AgCl) = ν(KCl) = 0,2 моль; следовательно,
m(AgCl) = ν · M = 0,2 моль · 143,5 г/моль = 28,7 г.

Далее вычислим количество и массу оставшегося в растворе нитрата серебра:
ν_ост.(AgNO₃) = ν_исх.(AgNO₃) − ν(AgNO₃) = 0,3 моль − 0,2 моль = 0,1 моль;
m_ост.(AgNO₃) = ν · M = 0,1 моль · 170 г/моль = 17 г.

Масса конечного раствора сложится из масс раствора нитрата серебра, хлорида калия и хлората калия за вычетом массы хлорида серебра. Вычислим массу конечного раствора:
m(конеч. р-ра) = m(р-ра AgNO₃) + m(KCl) + m(KClO₃) − m(AgCl) = 170 г + 14,9 г + 2,45 г − 28,7 г = 158,65 г.

Определим массовую долю нитрата серебра в конечном растворе:
ω(AgNO₃) = m(AgNO₃)/m(конеч. р-ра) · 100% = 17 г/158,65 г · 100% = 10,72%.

Ответ: ω(AgNO₃) = 10,72%.

При взаимодействии водорода и CuO происходит процесс восстановления оксида до металла:

CuO + H₂ = Cu + H₂O                      (I)

Вычислим исходное количество водорода. Обратим внимание, что дано число не молекул, а атомов водорода:
ν(H₂) = ν(H)/2 = N(H)/2N_A = 1,806 · 10²³/(2 · 6,02 · 10²³ моль^-1 = 0,15 моль.

Далее вычислим количество оксида меди (II):
ν_исх.(CuO) = m/M = 16 г/80 г/моль = 0,2 моль.

По уравнению реакции (I) соотношение оксида и водорода 1:1, следовательно, в нашем случае водород находится в недостатке. Определим количества и массы оставшегося оксида и образовавшейся меди:
ν(Cu) = ν(H₂) = 0,15 моль (по уравнению реакции (I));
m(Cu) = ν · M = 0,15 моль · 64 г/моль = 9,6 г;
ν(Cu) = ν_реаг.(CuO); следовательно,
ν_ост.(CuO) = ν_исх.(CuO) − ν_реаг.(CuO) = 0,2 моль − 0,15 моль = 0,05 моль;
m_ост.(CuO) = ν · M = 0,05 моль · 80 г/моль = 4 г.

Оба компонента образовавшегося твердого остатка будут реагировать с азотной кислотой. Запишем эти реакции:

3Cu + 8HNO₃ = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O                               (II)

CuO + 2HNO₃ = Cu(NO₃)₂ + H₂O                                       (III)

Далее вычислим исходную массу и количество азотной кислоты:
m_исх.(HNO₃) = m(р-ра HNO₃) · w(HNO₃)/100% = 535,5 г · 20%/100% = 107,1 г;
ν_исх.(HNO₃) = m/M = 107,1 г/63 г/моль = 1,7 моль.

Определим общий расход азотной кислоты на обе реакции:
ν_расх.(HNO₃) = 2ν_ост.(CuO) + 8ν(Cu)/3 = 2 · 0,05 моль + 8 · 0,15 моль/3 = 0,5 моль.

Вычислим количество и массу оставшейся азотной кислоты:
ν_ост.(HNO₃) = ν_исх.(HNO₃) − ν_расх.(HNO₃) = 1,7 моль − 0,5 моль = 1,2 моль;
m_ост.(HNO₃) = ν · M = 1,2 моль · 63 г/моль = 75,6 г.

Далее вычислим массу выделившегося NO и массу конечного раствора:
ν(NO) = 2ν(Cu)/3 = 2 · 0,15 моль/3 = 0,1 моль;
m(NO) = ν · M = 0,1 моль · 30 г/моль = 3 г.
m(конеч. р-ра) = m(р-ра HNO₃) + m(Cu) + m_ост.(CuO) − m(NO) = 535,5 г + 9,6 г + 4 г − 3 г = 546,1 г.

Определим массовую долю кислоты в конечном растворе:
ω(HNO₃) = ω(HNO₃)/m(конеч. р-ра) · 100% = 75,6 г/546,1 г · 100% = 13,84%.

Ответ: ω(HNO₃) = 13,84%.

При взаимодействии железа и раствора сульфата меди (II) протекает реакция замещения (железо как более активный металл вытесняет медь из ее соли):

CuSO₄ + Fe = FeSO₄ + Cu                             (I)

Вычислим исходные количества веществ (сульфата меди (II) и железа):
ν(CuSO₄) = ν(CuSO₄ · 5H₂O) = m/M = 112,5 г/250 г/моль = 0,45 моль;
ν(Fe) = m/M = 33,6 г/56 г/моль = 0,6 моль.

Тогда количество и масса образовавшегося по реакции (I) сульфата железа (II) равны:
ν_I(FeSO₄) = ν(CuSO₄) = 0,45 моль; m_I(FeSO₄) = ν · M = 0,45 моль · 152 г/моль = 68,4 г.

Поскольку железо находится в избытке (0,6 моль – исходное количество, 0,45 моль реагирует с солью), оно останется после реакции и далее прореагирует с серной кислотой:

Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂                                (II)

Вычислим массу и количество серной кислоты в исходном растворе:
m_исх.(H₂SO₄) = m(р-ра H₂SO₄) · w_.(H₂SO₄)/100% = 300 г · 20%/100% = 60 г;
ν_исх.(H₂SO₄) = m/M = 60 г/98 г/моль = 0,612 моль.

Определим количество железа, которое осталось в результате реакции (I):
ν_ост.(Fe) = ν_исх.(Fe) – ν_I(Fe) = 0,6 моль − 0,45 моль = 0,15 моль.

Определим количество и массу сульфата железа (II), который образуется по реакции (II):
ν_II(FeSO₄) = ν_ост.(Fe) = 0,15 моль; тогда m_II(FeSO₄) = ν · M = 0,15 моль · 152 г/моль = 22,8 г.

Масса конечного раствора рассчитывается из масс воды, безводного сульфата меди, железа и раствора серной кислоты за вычетом масс меди и водорода. Вычислим количества и массы веществ, необходимые для расчета:
m(CuSO₄) = ν · M = 0,45 моль · 160 г/моль = 72 г;
ν(H₂O) = N(H₂O)/N_A = 9,632 · 10²⁴/6,02 · 10²³ моль^-1 = 16 моль;
m(H₂O) = ν · M = 16 моль · 18 г/моль = 288 г;
ν(Cu) = ν(CuSO₄) = 0,45 моль, отсюда
m(Cu) = ν · M = 0,45 моль · 64 г/моль = 28,8 г;
ν(H₂) = ν_ост.(Fe) = 0,15 моль, m(H₂) = ν · M = 0,15 моль · 2 г/моль = 0,3 г.

Вычислим массу конечного раствора:
m(конеч. р-ра) = m(H₂O) + m(CuSO₄) + m(Fe) + m(р-ра H₂SO₄) − m(Cu) − m(H₂) = 288 г + 72 г + 33,6 г + 300 г − 28,8 г − 0,3 г = 664,5 г.

Вычислим массовую долю сульфата железа (II) в конечном растворе:
ω(FeSO₄) = (m_I(FeSO₄) + m_I(FeSO₄))/m(конеч. р-ра) · 100% = (68,4 + 22,8)/664,5 · 100% = 13,72%.

Ответ: ω(FeSO₄) = 13,72%.

При взаимодействии фосфида кальция и кислоты образуется соль и фосфин:

Ca₃P₂ + 6HCl = 3CaCl₂ + 2PH₃                      (I)

Вычислим исходные количества веществ, вступающих в реакцию (I):
ν_исх.(HCl) = ν(Cl⁻) = N(Cl⁻)/N_A = 3,01 · 10²³/6,02 · 10²³ моль^-1 = 0,5 моль;
ν(Ca₃P₂) = m/M = 9,1 г/182 г/моль = 0,05 моль.

Соотношение фосфида и кислоты по реакции (I) равно 1:6, поэтому кислота в данном случае находится в избытке. Вычислим количества оставшейся кислоты и образовавшегося хлорида кальция.
По уравнению реакции (I) ν_реаг.(HCl) = 6ν(Ca₃P₂), следовательно:
ν_ост.(HCl) = ν_исх.(HCl) − 6ν(Ca₃P₂) = 0,5 моль – 6 · 0,05 моль = 0,2 моль;
ν(CaCl₂) = 3ν(Ca₃P₂) = 0,05 моль · 3 = 0,15 моль.

При добавлении к образовавшемуся раствору карбоната натрия будут протекать обменные реакции с остатком соляной кислоты и хлоридом кальция:

Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + CO₂ + H₂O                           (II)

Na₂CO₃ + CaCl₂ = CaCO₃ + 2NaCl                                (III)

Вычислим исходное количество карбоната натрия:
ν_исх.(Na₂CO₃) = ν(Na₂CO₃ · 10H₂O) = m/M = 100,1 г/286 г/моль = 0,35 моль.

По уравнению реакции (II) ν_II(Na₂CO₃) = 1/2ν_ост.(HCl);
по уравнению реакции (III) ν_III(Na₂CO₃) = ν(CaCl₂),
далее вычисляем общий расход карбоната натрия на обе реакции:
ν_расх.(Na₂CO₃) = ν_ост.(HCl)/2 + ν(CaCl₂) = 0,2 моль/2 + 0,15 моль = 0,25 моль.

Вычислим количество и массу оставшегося карбоната натрия:
ν_ост.(Na₂CO₃) = ν_исх.(Na₂CO₃) − ν_расх.(Na₂CO₃) = 0,35 моль − 0,25 моль = 0,1 моль, следовательно,
m_ост.(Na₂CO₃) = ν · M = 0,1 моль · 106 г/моль = 10,6 г.

Масса конечного раствора сложится из раствора соляной кислоты, фосфида кальция и карбоната натрия за вычетом масс фосфина, углекислого газа и карбоната кальция.

Вычислим количества и массы, необходимые для расчета.

По уравнению реакции (I) ν(PH₃) = 2ν(Ca₃P₂), то ν(PH₃) = ν · M = 0,05 моль · 2 = 0,1 моль,
m(PH₃) = ν · M = 0,1 моль · 34 г/моль = 3,4 г,
ν(CO₂) = ν_ост.(HCl)/2 = 0,2 моль/2 = 0,1 моль,
m(CO₂) = ν · M = 0,1 моль · 44 г/моль = 4,4 г.

По уравнению реакции (II) ν(CaCO₃) = ν(CaCl₂) = 0,15 моль, следовательно,
m(CaCO₃) = ν · M = 0,15 моль · 100 г/моль = 15 г.

Вычислим массу конечного раствора:
m(конеч. р-ра) = m(р-ра HCl) + m(Ca₃P₂) + m(Na₂CO₃ · 10H₂O) − m(PH₃) − m(CO₂) − m(CaCO₃) = 91,25 г + 9,1 г + 100,1 г − 3,4 г − 4,4 г − 15 г = 177,65 г.

Вычислим массовую долю карбоната натрия в конечном растворе:
ω(Na₂CO₃) = m(Na₂CO₃)/m(конеч. р-ра) · 100% = 10,6 г/177,65 г · 100% = 5,97%.

Ответ: ω(Na₂CO₃) = 5,97%.

При прокаливании исходной смеси разложится карбонат магния:

MgCO₃ = MgO + CO₂                      (I)

Вычислим количество и массу углекислого газа, который выделился в результате реакции (I):
ν(CO₂) = N(CO₂)/N_A = 7,525 · 10²²/6,02 · 10²³ моль^-1 = 0,125 моль;
m(CO₂) = ν · M = 0,125 моль · 44 г/моль = 5,5 г.

Далее вычислим массу и количество вещества образовавшегося оксида магния:
m(MgO) = m(смеси) − m(CO₂) = 20,5 г − 5,5 г = 15 г;
ν(MgO) = m/M = 15 г/40 г/моль = 0,375 моль.

Оксид магния реагирует с серной кислотой с образованием соли и воды:

MgO + H₂SO₄ = MgSO₄ + H₂O                                     (II)

Вычислим количество и массу серной кислоты, прореагировавшей с MgO:
ν(H₂SO₄) = ν(MgO) = 0,375 моль (по уравнению реакции (II));
m(H₂SO₄) = ν · M = 0,375 моль · 98 г/моль = 36,75 г.

Далее вычислим массу и объем раствора серной кислоты:
m(р-ра H₂SO₄) = m(H₂SO₄)/ m(H₂SO₄) · 100% = 36,75 г/28% · 100% = 131,25 г;
V(р-ра H₂SO₄) = m(р-ра H₂SO₄)/ρ(р-ра H₂SO₄) = 131,25 г/1,2 г/мл = 109,4 мл.

Ответ: V(р-ра H₂SO₄) = 109,4 мл.

Запишем уравнения протекающих реакций:

CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O                       (I)

2NaOH + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2H₂O              (II)

2NaOH + CuSO₄ = Na₂SO₄ + Cu(OH)₂       (III)

BaCl₂ + H₂SO₄ = BaSO₄ + 2HCl                      (IV)

BaCl₂ + CuSO₄ = BaSO₄ + CuCl₂                   (V)

Вычислим исходные массу и количество серной кислоты:
m_исх.(H₂SO₄) = m(р-ра H₂SO₄) · ω(H₂SO₄)/100% = 350 г · 14%/100% = 49 г;
ν_исх.(H₂SO₄) = m/M = 49 г/98 г/моль = 0,5 моль.

Далее обратим внимание на соотношение катионов меди и катионов водорода в образовавшемся растворе. Поскольку при диссоциации одной молекулы серной кислоты образуется два катиона водорода, справедливо следующее выражение:
N(H⁺)/N(Cu²⁺) = 4/3;
N(H⁺) = 2N_ост.(H₂SO₄);
2N_ост.(H₂SO₄)/N(Cu²⁺) = 4/3;
N_ост.(H₂SO₄)/N(Cu²⁺) = 2/3;
ν_ост.(H₂SO₄)/ν(Cu²⁺) = N_ост.(H₂SO₄)/N(Cu²⁺) = 2/3;
ν_ост.(H₂SO₄)/ν(CuSO₄) = N_ост.(H₂SO₄)/N(Cu²⁺) = 2/3.

По уравнению реакции количество образовавшегося сульфата меди (II) будет равно количеству затраченной серной кислоты. Пусть х моль серной кислоты была затрачено на реакцию. Если изначально серной кислоты было 0,5 моль, затрачено х моль, тогда осталось (0,5 − х) моль. Справедливо следующее уравнение:
(0,5 − х)/х = 2/3;
2х = 3 · (0,5 − х);
2х = 1,5 − 3х;
5х = 1,5;
х = 0,3 моль;
ν_реаг.(CuSO₄) = 0,3 моль.

По уравнению реакции (I) ν_реаг.(H₂SO₄) = ν_реаг.(CuSO₄) = 0,3 моль; следовательно,
ν_ост.(H₂SO₄) = ν_исх.(H₂SO₄) − ν_реаг.(H₂SO₄) = 0,5 моль − 0,3 моль = 0,2 моль;
ν_общ. = ν_реаг.(CuSO₄) + ν_ост.(H₂SO₄) = 0,3 моль + 0,2 моль = 0,5 моль.

Убедимся также, что вычисленное количество прореагировавшего сульфата меди (II) не противоречит данным о массе исходного оксида меди (II). Для этого вычислим количество исходного оксида:
ν(CuO) = m/M = 25 г/80 г/моль = 0,3125 моль; отсюда
0,3125 моль > 0,3 моль;
ν(CuO) > ν_реаг.(CuSO₄).

Условие справедливо и выполняется, оксида меди (II) достаточно.

Вычислим массу раствора после отделения остатка оксида меди (II):
ν_реаг.(CuO) = ν_реаг.(CuSO₄) = 0,3 моль;
m_реаг.(CuO) = ν · M = 0,3 моль · 80 г/моль = 24 г.

Масса раствора после реакции I равна:
m(р-ра) = m_реаг.(CuO) + m(р-ра H₂SO₄) = 24 г + 350 г = 374 г.

Далее вычислим исходные массу и количество гидроксида натрия:
m(NaOH) = m(р-ра NaOH) · ω(NaOH)/100% = 125 г · 8%/100% = 10 г;
ν(NaOH) = m/M = 10 г/40 г/моль = 0,25 моль.

Поскольку количество щелочи, необходимое для реакций с кислотой и солью меди вдвое больше (реакции II и III в 1 колбе), чем у второго реагента (реакции IV и V во 2 колбе), можно вычислить общее количество серной кислоты и сульфата меди (II) в первой колбе:
ν(NaOH) = 2ν_{I колб.}(CuSO₄) + 2ν_{II колб.}(H₂SO₄);
ν_{I колб.}(CuSO₄) + ν_{I колб.}(H₂SO₄) = ν(NaOH)/2 = 0,25 моль/2 = 0,125 моль.

Если изначально в растворе находилось суммарно 0,5 моль кислоты и соли меди, то можно вычислить, сколько их попало во вторую колбу:
ν_{II колб.}(CuSO₄) + ν_{II колб.}(H₂SO₄) = ν(суммарно) − (ν_{I колб.}(CuSO₄) + ν_{I колб.}(H₂SO₄)) = 0,5 моль − 0,125 моль = 0,375 моль.

Используя известное соотношение между веществами, найдем их количества по отдельности. Обозначим за 2х количество серной кислоты, тогда количество сульфата меди (II) будет 3х. Составим уравнение:
2х + 3х = 0,375;
5х = 0,375;
х = 0,075 моль;
ν_{II колб.}(H₂SO₄) = 2 · 0,075 моль = 0,15 моль;
ν_{II колб.}(CuSO₄) = 3 · 0,075 = 0,225 моль.

Обратим также внимание, что соотношение количества хлорида бария к количеству любого из этих веществ в реакции равно 1:1. Тогда справедливо следующее выражение:
ν(BaCl₂) = ν_{II колб.}(CuSO₄) + ν_{II колб.}(H₂SO₄) = 0,225 моль + 0,15 моль = 0,375 моль.

Вычислим количество и массу образовавшегося при этом осадка сульфата бария:
ν(BaSO₄) = ν(BaCl₂) = 0,375 моль (по уравнению реакции IV и V);
m(BaSO₄) = ν · M = 0,375 моль · 233 г/моль = 87,375 г.

Далее вычислим массу раствора, попавшего во вторую колбу. Она будет пропорциональна количеству веществ, которые в ней оказались:
m_{II колб.}(р-ра)/m(р-ра) = (ν_{II колб.}(CuSO₄) + ν_{II колб.}(H₂SO₄))/ ν_общ.;
m_{II колб.}(р-ра)/374 = 0,375/0,5;
m_{II колб.}(р-ра) = 280,5 г.

Масса конечного раствора сложится из масс растворов хлорида бария и 2 части исходного раствора за вычетом массы осадка сульфата бария. Проведем необходимые вычисления:
m_конеч.(р-ра) = m(р-ра BaCl₂) + m_{II колб.}(р-ра) – m(BaSO₄) = 206,875 г + 280,5 г − 87,375 г = 400 г.

Далее вычислим количества и массы хлороводорода и хлорида меди (II) в конечном растворе:
ν(HCl) = 2ν_{II колб.}(H₂SO₄) = 2 · 0,15 моль = 0,3 моль;
m(HCl) = ν · M = 0,3 моль · 36,5 г/моль = 10,95 г;
ν(CuCl₂) = ν_{II колб.}(CuSO₄) = 0,225 моль (по уравнению реакции V);
m(CuCl₂) = ν · M = 0,225 моль · 135 г/моль = 30,375 г.

Вычислим доли этих веществ в конечном растворе:
ω(HCl) = m(HCl)/m_конеч.(р-ра) · 100% = 10,95 г/400 г · 100% = 2,74%;
ω(CuCl₂) = m(CuCl₂)/m_конеч.(р-ра) · 100% = 30,375 г/400 г · 100% = 7,59 %.

Ответ: ω(HCl) = 2,74%, ω(CuCl₂) = 7,59%.