Номер 1093, страница 173 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1093. Какая масса нитрата калия необходима для взаимодействия с углеродом массой 300 г при нагревании?

Дано:

Масса углерода, $m(C) = 300 \text{ г}$

$300 \text{ г} = 0.3 \text{ кг}$

Найти:

Массу нитрата калия, $m(KNO_3)$ - ?

Решение:

Для решения задачи необходимо составить уравнение химической реакции взаимодействия нитрата калия ($KNO_3$) с углеродом ($C$) при нагревании. Это окислительно-восстановительная реакция, в которой нитрат калия является сильным окислителем, а углерод — восстановителем. При сильном нагревании происходит полное восстановление азота и окисление углерода. Наиболее вероятное и часто используемое в задачах уравнение этой реакции выглядит так:

$4KNO_3 + 5C \xrightarrow{t} 2K_2CO_3 + 3CO_2 \uparrow + 2N_2 \uparrow$

1. Рассчитаем молярные массы реагентов, используя относительные атомные массы из Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, округленные до целых значений: $Ar(K) = 39$, $Ar(N) = 14$, $Ar(O) = 16$, $Ar(C) = 12$.

Молярная масса нитрата калия ($KNO_3$):

$M(KNO_3) = Ar(K) + Ar(N) + 3 \cdot Ar(O) = 39 + 14 + 3 \cdot 16 = 101 \text{ г/моль}$

Молярная масса углерода ($C$):

$M(C) = 12 \text{ г/моль}$

2. Найдем количество вещества (число моль) углерода, масса которого составляет 300 г.

$n(C) = \frac{m(C)}{M(C)} = \frac{300 \text{ г}}{12 \text{ г/моль}} = 25 \text{ моль}$

3. По уравнению реакции определим, какое количество вещества нитрата калия потребуется для реакции с 25 моль углерода. Согласно стехиометрическим коэффициентам в уравнении, соотношение количеств веществ нитрата калия и углерода составляет:

$\frac{n(KNO_3)}{4} = \frac{n(C)}{5}$

Отсюда выразим и рассчитаем количество вещества нитрата калия:

$n(KNO_3) = \frac{4}{5} \cdot n(C) = \frac{4}{5} \cdot 25 \text{ моль} = 20 \text{ моль}$

4. Зная количество вещества нитрата калия, которое необходимо для реакции, найдем его массу.

$m(KNO_3) = n(KNO_3) \cdot M(KNO_3) = 20 \text{ моль} \cdot 101 \text{ г/моль} = 2020 \text{ г}$

Массу можно также выразить в килограммах: $2020 \text{ г} = 2.02 \text{ кг}$.

Ответ: для взаимодействия с 300 г углерода необходима масса нитрата калия, равная 2020 г (или 2.02 кг).