Номер 1044, страница 167 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1044. Какая масса кислорода необходима для окисления аммиака до оксида азота(II) массой 200 кг в присутствии платинового катализатора?

Дано:

$m(\text{NO}) = 200 \text{ кг}$

Найти:

$m(\text{O}_2) - ?$

Решение:

1. Составим уравнение реакции каталитического окисления аммиака кислородом. В присутствии платинового катализатора ($Pt$) аммиак ($NH_3$) окисляется до оксида азота(II) ($NO$) и воды ($H_2O$):

$4\text{NH}_3 + 5\text{O}_2 \xrightarrow{\text{Pt}} 4\text{NO} + 6\text{H}_2\text{O}$

2. Рассчитаем молярные массы оксида азота(II) ($NO$) и кислорода ($O_2$). Для удобства расчетов будем использовать размерность кг/кмоль, так как исходная масса дана в килограммах.

Атомная масса азота $A_r(\text{N}) \approx 14$.

Атомная масса кислорода $A_r(\text{O}) \approx 16$.

$M(\text{NO}) = 14 + 16 = 30 \text{ кг/кмоль}$

$M(\text{O}_2) = 2 \times 16 = 32 \text{ кг/кмоль}$

3. Вычислим количество вещества (в киломолях) оксида азота(II) массой 200 кг по формуле $n = m/M$:

$n(\text{NO}) = \frac{m(\text{NO})}{M(\text{NO})} = \frac{200 \text{ кг}}{30 \text{ кг/кмоль}} = \frac{20}{3} \text{ кмоль}$

4. Согласно уравнению реакции, для образования 4 кмоль $NO$ требуется 5 кмоль $O_2$. Составим пропорцию, чтобы найти количество вещества кислорода, необходимое для получения $\frac{20}{3}$ кмоль $NO$:

$\frac{n(\text{O}_2)}{n(\text{NO})} = \frac{5}{4}$

Отсюда выразим и вычислим $n(\text{O}_2)$:

$n(\text{O}_2) = \frac{5}{4} \times n(\text{NO}) = \frac{5}{4} \times \frac{20}{3} \text{ кмоль} = \frac{100}{12} \text{ кмоль} = \frac{25}{3} \text{ кмоль}$

5. Зная количество вещества кислорода, найдем его массу по формуле $m = n \times M$:

$m(\text{O}_2) = n(\text{O}_2) \times M(\text{O}_2) = \frac{25}{3} \text{ кмоль} \times 32 \frac{\text{кг}}{\text{кмоль}} = \frac{800}{3} \text{ кг} \approx 266,7 \text{ кг}$

Ответ: для окисления аммиака с образованием 200 кг оксида азота(II) потребуется 266,7 кг кислорода.