Номер 1063, страница 169 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1063. *Какие соли и в каких количествах образуются при пропускании аммиака объёмом (н. у.) $3,36 \text{ дм}^3$ через раствор массой 100 г с массовой долей серной кислоты 9,80 %?

Дано:

$V(\text{NH}_3) = 3,36 \text{ дм}^3$ (н. у.)

$m(\text{раствора H}_2\text{SO}_4) = 100 \text{ г}$

$\omega(\text{H}_2\text{SO}_4) = 9,80 \% = 0,098$

Найти:

Какие соли образуются и в каких количествах (массах)?

Решение:

1. Найдем количество вещества (моль) аммиака. Так как объем дан при нормальных условиях (н. у.), используем молярный объем газов $V_m = 22,4 \text{ дм}^3/\text{моль}$:

$n(\text{NH}_3) = \frac{V(\text{NH}_3)}{V_m} = \frac{3,36 \text{ дм}^3}{22,4 \text{ дм}^3/\text{моль}} = 0,15 \text{ моль}$

2. Найдем массу чистой серной кислоты в растворе, а затем ее количество вещества. Молярная масса серной кислоты $M(\text{H}_2\text{SO}_4) = 2 \cdot 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 98 \text{ г/моль}$.

$m(\text{H}_2\text{SO}_4) = m(\text{раствора}) \cdot \omega(\text{H}_2\text{SO}_4) = 100 \text{ г} \cdot 0,098 = 9,8 \text{ г}$

$n(\text{H}_2\text{SO}_4) = \frac{m(\text{H}_2\text{SO}_4)}{M(\text{H}_2\text{SO}_4)} = \frac{9,8 \text{ г}}{98 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

3. Серная кислота является двухосновной и может реагировать с аммиаком с образованием двух солей: кислой соли (гидросульфата аммония) и средней соли (сульфата аммония).

Возможные реакции:

1) $ \text{NH}_3 + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{NH}_4\text{HSO}_4 $ (соотношение 1:1)

2) $ 2\text{NH}_3 + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow (\text{NH}_4)_2\text{SO}_4 $ (соотношение 2:1)

4. Определим, какие продукты образуются, сравнив мольное соотношение реагентов:

$\frac{n(\text{NH}_3)}{n(\text{H}_2\text{SO}_4)} = \frac{0,15 \text{ моль}}{0,1 \text{ моль}} = 1,5$

Так как соотношение $1 < 1,5 < 2$, это означает, что аммиака недостаточно для полного превращения серной кислоты в среднюю соль, но его больше, чем необходимо для образования только кислой соли. Следовательно, в результате реакции образуется смесь двух солей: гидросульфата аммония ($\text{NH}_4\text{HSO}_4$) и сульфата аммония (($\text{NH}_4)_2\text{SO}_4$).

5. Рассчитаем количество образовавшихся солей. Можно представить процесс в два этапа.

Сначала вся серная кислота реагирует с частью аммиака, образуя кислую соль:

$\text{H}_2\text{SO}_4 + \text{NH}_3 \rightarrow \text{NH}_4\text{HSO}_4$

На эту реакцию потребуется 0,1 моль $\text{H}_2\text{SO}_4$ и 0,1 моль $\text{NH}_3$. В результате образуется 0,1 моль $\text{NH}_4\text{HSO}_4$.

Количество оставшегося аммиака: $0,15 \text{ моль} - 0,1 \text{ моль} = 0,05 \text{ моль}$.

Затем оставшийся аммиак реагирует с образовавшейся кислой солью, превращая ее в среднюю соль:

$\text{NH}_4\text{HSO}_4 + \text{NH}_3 \rightarrow (\text{NH}_4)_2\text{SO}_4$

В реакцию вступают 0,05 моль оставшегося $\text{NH}_3$ и 0,05 моль $\text{NH}_4\text{HSO}_4$. В результате образуется 0,05 моль $(\text{NH}_4)_2\text{SO}_4$.

Количество оставшейся кислой соли: $0,1 \text{ моль} - 0,05 \text{ моль} = 0,05 \text{ моль}$.

Итак, в конечном растворе содержатся:

$n((\text{NH}_4)_2\text{SO}_4) = 0,05 \text{ моль}$

$n(\text{NH}_4\text{HSO}_4) = 0,05 \text{ моль}$

6. Найдем массы образовавшихся солей.

Молярная масса сульфата аммония $M((\text{NH}_4)_2\text{SO}_4) = 2 \cdot (14+4) + 32 + 4 \cdot 16 = 132 \text{ г/моль}$.

Молярная масса гидросульфата аммония $M(\text{NH}_4\text{HSO}_4) = 14+4+1+32+4 \cdot 16 = 115 \text{ г/моль}$.

$m((\text{NH}_4)_2\text{SO}_4) = n((\text{NH}_4)_2\text{SO}_4) \cdot M((\text{NH}_4)_2\text{SO}_4) = 0,05 \text{ моль} \cdot 132 \text{ г/моль} = 6,6 \text{ г}$

$m(\text{NH}_4\text{HSO}_4) = n(\text{NH}_4\text{HSO}_4) \cdot M(\text{NH}_4\text{HSO}_4) = 0,05 \text{ моль} \cdot 115 \text{ г/моль} = 5,75 \text{ г}$

Ответ: образуется смесь двух солей: 6,6 г сульфата аммония $((\text{NH}_4)_2\text{SO}_4)$ и 5,75 г гидросульфата аммония $(\text{NH}_4\text{HSO}_4)$.