14,3 г смеси цинка и алюминия растворили в 356 мо раствора азотной кислоты, содержащего 15 мас. % HNO3 и имеющего плотность 1,115 г/мл. Объем выделившегося газа, являющегося простым веществом и единственным продуктом восстановления азотной кислоты, составил 2,912 л (н.у). Определите состав полученного раствора в массовых процентах

Для решения данной задачи, нам потребуется использовать ряд химических реакций и расчетов.

1. Сначала найдем массу HNO3 в растворе.
Массовая доля HNO3 в растворе составляет 15%.
Тогда масса HNO3 в растворе будет равна произведению массовой доли HNO3 на общую массу раствора:
Масса HNO3 = 15% * 356 г = 53.4 г.

2. Найдем количество молей HNO3 в растворе.
Молярная масса HNO3 = 63 г/моль.
Тогда количество молей HNO3 в растворе можно найти, разделив массу HNO3 на её молярную массу:
Количество молей HNO3 = 53.4 г / 63 г/моль = 0.848 моль.

3. Рассмотрим химическую реакцию, которая происходит при взаимодействии цинка и алюминия с азотной кислотой (HNO3):
Zn + 2HNO3 = Zn(NO3)2 + H2↑
2Al + 6HNO3 = 2Al(NO3)3 + 3H2↑
Из этих реакций видно, что при взаимодействии 1 моля цинка (Zn) с азотной кислотой (HNO3) образуется 1 моль водорода (H2), а при взаимодействии 3 молей алюминия (Al) с азотной кислотой образуется 3 моля водорода.

4. Найдем количество молей цинка (Zn) в смеси.
Масса цинка в смеси равна 14.3 г.
Молярная масса цинка (Zn) = 65 г/моль.
Количество молей цинка можно найти, разделив массу цинка на его молярную массу:
Количество молей цинка = 14.3 г / 65 г/моль = 0.22 моль.

5. Найдем количество молей алюминия (Al) в смеси.
Количество молей алюминия можно найти, зная мольное соотношение между алюминием и цинком:
Знамо : n(Al)/n(Zn) = 3/1
Из этого соотношения можно выразить количество молей алюминия через количество молей цинка:
n(Al) = (3/1) * n(Zn) = (3/1) * 0.22 моль = 0.66 моль.

6. Найдем массу азотной кислоты, которая в реакции участвовала с цинком и алюминием.
Масса азотной кислоты, участвующей в реакции, равна разности между начальной массой азотной кислоты в растворе и массой азотной кислоты, которая осталась в растворе после реакции:
Масса азотной кислоты = начальная масса HNO3 - масса HNO3, оставшаяся в растворе.
Масса HNO3, оставшаяся в растворе, равна начальной массе HNO3 минус количество молей HNO3, потребовавшихся для реакции с цинком и алюминием:
Моль HNO3 для реакции = (1 моль Zn + 3 моль Al) * 2 моль HNO3/моль Zn = 8 моль HNO3.
Масса HNO3, оставшаяся в растворе = 53.4 г - (8 моль * 63 г/моль) = 3.6 г.
Масса азотной кислоты, участвовавшей в реакции, равна начальной массе HNO3 минус масса HNO3, оставшаяся в растворе:
Масса азотной кислоты = 53.4 г - 3.6 г = 49.8 г.

7. Теперь найдем объем водорода (H2), выделившегося при реакции.
Объем водорода (H2) можно найти по идеальному газовому закону Ван-дер-Ваальса:
V = (nRT)/P
где V - объем газа, n - количество молей газа, R - универсальная газовая постоянная (0.0821 л * атм / (моль * К)), T - температура газа в Кельвинах, P - давление газа в атмосферах.

Так как в задаче сказано, что объем газа выражен в нормальных условиях, то нам нужно скорректировать температуру и давление:
V (н.у) = V (обычный) * (P (н.у) / P (обычное)) * (T (обычная) / T (н.у))
где P (н.у) = 1 атм, T (н.у) = 273 K, P (обычная) = давление раствора.

Сначала найдем давление раствора, используя плотность раствора:
Плотность раствора = масса раствора / объем раствора.
Масса раствора = масса азотной кислоты + масса воды:
Масса раствора = 49.8 г + (356 г - 53.4 г) = 352.4 г.
Объем раствора = масса раствора / плотность раствора = 352.4 г / 1.115 г/мл = 315.95 мл = 0.31595 л.

Теперь найдем давление раствора:
Давление раствора = плотность раствора * g
где g - ускорение свободного падения (9.8 м/с^2).
Давление раствора = 1.115 г/мл * 9.8 м/с^2 = 10.907 атм.

Теперь можем найти объем водорода (H2) в нормальных условиях:
V (н.у) = 2.912 л * (1 атм / 10.907 атм) * (273 К / (273 К + 25 К)) = 2.682 л.

8. Найдем количество молей водорода (H2), выделившегося при реакции:
n(H2) = P * V / (R * T)
где P - давление газа в атмосферах, V - объем газа в литрах, R - универсальная газовая постоянная (0.0821 л * атм / (моль * К)), T - температура газа в Кельвинах.
n(H2) = 10.907 атм * 2.682 л / (0.0821 л * атм / (моль * К) * 298 К) = 0.338 моль.

9. Найдем количество молей HNO3, которое приняло участие в реакции:
Количество молей HNO3, обратившихся в H2 = количество молей цинка + 3 * количество молей алюминия = 0.22 моль + 3 * 0.66 моль = 2.18 моль.

10. Теперь рассчитаем массовые проценты компонентов полученного раствора.
Массовая доля каждого компонента раствора можно найти, разделив массу этого компонента на общую массу раствора и умножив на 100%:
Массовой процент компонента = (масса компонента / общая масса раствора) * 100%.
Масса компонента находится как произведение количества молей этого компонента на его молярную массу:
Масса компонента = количество молей компонента * молярная масса компонента.

Массовые проценты компонентов раствора:
a) HNO3: Масса HNO3 = 2.18 моль * 63 г/моль = 137.34 г
Массовой процент HNO3 = (137.34 г / 315.95 г) * 100% = 43.49%
b) H2О: Масса H2О = масса раствора - масса HNO3 = 315.95 г - 137.34 г = 178.61 г
Массовой процент H2О = (178.61 г / 315.95 г) * 100% = 56.51%

Таким образом, полученный раствор содержит 43.49% массы HNO3 и 56.51% массы H2О.