Номер 1052, страница 168 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1052. Рассчитайте массовую долю нитрата аммония в растворе, образовавшемся при пропускании аммиака массой 4,75 г через раствор массой 120 г с массовой долей $HNO_3$ 6,30 %.

Дано:

$m(\text{NH}_3) = 4,75 \text{ г}$

$m(\text{р-ра HNO}_3) = 120 \text{ г}$

$\omega(\text{HNO}_3) = 6,30 \% = 0,063$

Найти:

$\omega(\text{NH}_4\text{NO}_3) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции между аммиаком и азотной кислотой:

$ \text{NH}_3 + \text{HNO}_3 \rightarrow \text{NH}_4\text{NO}_3 $

При этой реакции образуется соль — нитрат аммония.

2. Рассчитаем массу чистой азотной кислоты, содержащейся в исходном растворе:

$ m(\text{HNO}_3) = m(\text{р-ра HNO}_3) \cdot \omega(\text{HNO}_3) = 120 \text{ г} \cdot 0,063 = 7,56 \text{ г} $

3. Вычислим молярные массы веществ, участвующих в реакции, используя округленные атомные массы элементов: M(H) = 1 г/моль, M(N) = 14 г/моль, M(O) = 16 г/моль.

$ M(\text{NH}_3) = 14 + 3 \cdot 1 = 17 \text{ г/моль} $

$ M(\text{HNO}_3) = 1 + 14 + 3 \cdot 16 = 63 \text{ г/моль} $

$ M(\text{NH}_4\text{NO}_3) = 14 + 4 \cdot 1 + 14 + 3 \cdot 16 = 80 \text{ г/моль} $

4. Найдем количество вещества (в молях) для каждого из реагентов:

$ n(\text{NH}_3) = \frac{m(\text{NH}_3)}{M(\text{NH}_3)} = \frac{4,75 \text{ г}}{17 \text{ г/моль}} \approx 0,279 \text{ моль} $

$ n(\text{HNO}_3) = \frac{m(\text{HNO}_3)}{M(\text{HNO}_3)} = \frac{7,56 \text{ г}}{63 \text{ г/моль}} = 0,12 \text{ моль} $

5. Определим, какой из реагентов находится в недостатке (лимитирующий реагент). Согласно уравнению реакции, аммиак и азотная кислота реагируют в мольном соотношении 1:1.

Сравнивая количество вещества реагентов, видим, что $0,12 \text{ моль} < 0,279 \text{ моль}$. Следовательно, азотная кислота ($ \text{HNO}_3 $) находится в недостатке и прореагирует полностью, а аммиак ($ \text{NH}_3 $) взят в избытке. Дальнейшие расчеты будем вести по реагенту в недостатке, то есть по азотной кислоте.

6. Рассчитаем массу образовавшегося нитрата аммония ($ \text{NH}_4\text{NO}_3 $). Из уравнения реакции следует, что количество вещества образовавшегося нитрата аммония равно количеству вещества прореагировавшей азотной кислоты:

$ n(\text{NH}_4\text{NO}_3) = n(\text{HNO}_3) = 0,12 \text{ моль} $

Теперь найдем массу нитрата аммония:

$ m(\text{NH}_4\text{NO}_3) = n(\text{NH}_4\text{NO}_3) \cdot M(\text{NH}_4\text{NO}_3) = 0,12 \text{ моль} \cdot 80 \text{ г/моль} = 9,6 \text{ г} $

7. Рассчитаем массу конечного раствора. Она складывается из массы исходного раствора азотной кислоты и массы всего пропущенного аммиака (по закону сохранения массы).

$ m(\text{конечного р-ра}) = m(\text{р-ра HNO}_3) + m(\text{NH}_3) = 120 \text{ г} + 4,75 \text{ г} = 124,75 \text{ г} $

8. Найдем массовую долю нитрата аммония в полученном растворе:

$ \omega(\text{NH}_4\text{NO}_3) = \frac{m(\text{NH}_4\text{NO}_3)}{m(\text{конечного р-ра})} \cdot 100\% = \frac{9,6 \text{ г}}{124,75 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 7,70 \% $

Ответ: массовая доля нитрата аммония в образовавшемся растворе составляет 7,70 %.