Номер 1084, страница 173 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1084. Какую массу азотной кислоты можно получить из 2,44 т аммиака, если потери производства составляют 15 %?

Дано:

$m(NH_3) = 2,44 \text{ т}$

$\text{Потери} = 15\%$

$m(NH_3) = 2,44 \text{ т} = 2440 \text{ кг}$

Найти:

$m_{практ}(HNO_3)$ - ?

Решение:

1. Производство азотной кислоты из аммиака является многостадийным процессом, но для стехиометрических расчетов можно использовать суммарное уравнение реакции:

$NH_3 + 2O_2 \rightarrow HNO_3 + H_2O$

Из этого уравнения видно, что из 1 моль аммиака ($NH_3$) теоретически можно получить 1 моль азотной кислоты ($HNO_3$). Таким образом, соотношение количеств веществ составляет:

$\nu(NH_3) : \nu(HNO_3) = 1:1$

2. Рассчитаем молярные массы аммиака и азотной кислоты, используя атомные массы элементов из периодической таблицы (N ≈ 14, H ≈ 1, O ≈ 16):

$M(NH_3) = 14 + 3 \cdot 1 = 17 \text{ г/моль} = 17 \text{ кг/кмоль}$

$M(HNO_3) = 1 + 14 + 3 \cdot 16 = 63 \text{ г/моль} = 63 \text{ кг/кмоль}$

3. Найдем теоретически возможную массу азотной кислоты ($m_{теор}(HNO_3)$), которую можно получить из 2,44 т аммиака. Так как соотношение молей 1:1, можно составить пропорцию на основе масс и молярных масс:

$\frac{m(NH_3)}{M(NH_3)} = \frac{m_{теор}(HNO_3)}{M(HNO_3)}$

Выразим отсюда теоретическую массу $HNO_3$:

$m_{теор}(HNO_3) = \frac{m(NH_3) \cdot M(HNO_3)}{M(NH_3)}$

Подставим значения, используя массу в тоннах для удобства:

$m_{теор}(HNO_3) = \frac{2,44 \text{ т} \cdot 63 \text{ кг/кмоль}}{17 \text{ кг/кмоль}} \approx 9,042 \text{ т}$

Это масса азотной кислоты, которую можно было бы получить при 100% выходе.

4. В условии задачи указано, что потери производства составляют 15%. Это означает, что практический выход продукта ($\eta$) от теоретически возможного составляет:

$\eta = 100\% - 15\% = 85\%$

Для расчетов используем долю выхода: $\eta = 0,85$.

5. Рассчитаем практическую массу азотной кислоты ($m_{практ}(HNO_3)$), которую можно получить с учетом потерь:

$m_{практ}(HNO_3) = m_{теор}(HNO_3) \cdot \eta$

$m_{практ}(HNO_3) = 9,042 \text{ т} \cdot 0,85 \approx 7,6857 \text{ т}$

Округлим результат до трех значащих цифр, как в исходных данных (2,44).

$m_{практ}(HNO_3) \approx 7,69 \text{ т}$

Ответ: можно получить 7,69 т азотной кислоты.