Номер 1087, страница 173 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1087. Какую массу нитрата натрия необходимо взять, чтобы в лабораторных условиях, подействовав на него концентрированной серной кислотой, получить азотную кислоту массой 100 г?

Дано:

$m(HNO_3) = 100 \text{ г}$

Найти:

$m(NaNO_3) - ?$

Решение:

Для получения азотной кислоты ($HNO_3$) в лабораторных условиях используют реакцию обмена между нитратом натрия ($NaNO_3$) и концентрированной серной кислотой ($H_2SO_4$) при слабом нагревании. Серная кислота, как более сильная и менее летучая, вытесняет азотную кислоту из её соли. Уравнение реакции выглядит следующим образом:

$NaNO_3 + H_2SO_4 \rightarrow NaHSO_4 + HNO_3$

1. Рассчитаем молярные массы веществ, участвующих в расчете, используя относительные атомные массы элементов: $A_r(Na)=23$, $A_r(N)=14$, $A_r(O)=16$, $A_r(H)=1$, $A_r(S)=32$.

Молярная масса нитрата натрия ($NaNO_3$):

$M(NaNO_3) = A_r(Na) + A_r(N) + 3 \cdot A_r(O) = 23 + 14 + 3 \cdot 16 = 85 \text{ г/моль}$

Молярная масса азотной кислоты ($HNO_3$):

$M(HNO_3) = A_r(H) + A_r(N) + 3 \cdot A_r(O) = 1 + 14 + 3 \cdot 16 = 63 \text{ г/моль}$

2. Найдем количество вещества (число молей) азотной кислоты массой 100 г по формуле $n = m/M$:

$n(HNO_3) = \frac{m(HNO_3)}{M(HNO_3)} = \frac{100 \text{ г}}{63 \text{ г/моль}} \approx 1,587 \text{ моль}$

3. Согласно уравнению реакции, для получения 1 моль $HNO_3$ требуется 1 моль $NaNO_3$. Стехиометрическое соотношение реагента и продукта составляет 1:1.

$n(NaNO_3) = n(HNO_3) \approx 1,587 \text{ моль}$

4. Теперь рассчитаем массу нитрата натрия, необходимую для реакции, по формуле $m = n \cdot M$:

$m(NaNO_3) = n(NaNO_3) \cdot M(NaNO_3) \approx 1,587 \text{ моль} \cdot 85 \text{ г/моль} \approx 134,9 \text{ г}$

Задачу можно также решить с помощью пропорции. Из уравнения реакции следует, что из 85 г $NaNO_3$ (1 моль) образуется 63 г $HNO_3$ (1 моль). Составим пропорцию, чтобы найти массу $x$ нитрата натрия, необходимую для получения 100 г азотной кислоты:

$\frac{x \text{ г } NaNO_3}{100 \text{ г } HNO_3} = \frac{85 \text{ г } NaNO_3}{63 \text{ г } HNO_3}$

Отсюда находим $x$:

$x = \frac{100 \text{ г} \cdot 85 \text{ г}}{63 \text{ г}} = \frac{8500}{63} \text{ г} \approx 134,92 \text{ г}$

Округлив результат до десятых, получаем 134,9 г.

Ответ: для получения 100 г азотной кислоты необходимо взять 134,9 г нитрата натрия.