Номер 216, страница 47 - гдз по химии 8 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

216. В результате последовательности химических реакций из газообразного азота был получен нитрат железа(III) массой 86,4 г. Рассчитайте массу азота, теоретически требуемого для этого.

Дано:

масса нитрата железа(III), $m(\text{Fe(NO}_3)_3) = 86,4$ г

Найти:

массу азота, $m(\text{N}_2)$ — ?

Решение:

Задача основана на законе сохранения массы веществ. Весь азот, который находится в конечном продукте — нитрате железа(III) — был получен из исходного газообразного азота. Это позволяет нам установить стехиометрическую связь между исходным и конечным веществом, не рассматривая промежуточные стадии процесса (например, синтез аммиака, его окисление до оксидов азота и получение азотной кислоты).

Общая схема превращения азота выглядит так:

$\text{N}_2 \rightarrow \dots \rightarrow \text{Fe(NO}_3)_3$

1. Рассчитаем молярную массу нитрата железа(III) $\text{Fe(NO}_3)_3$. Для расчетов будем использовать целочисленные значения относительных атомных масс элементов: $Ar(\text{Fe})=56$, $Ar(\text{N})=14$, $Ar(\text{O})=16$.

$M(\text{Fe(NO}_3)_3) = Ar(\text{Fe}) + 3 \times (Ar(\text{N}) + 3 \times Ar(\text{O}))$

$M(\text{Fe(NO}_3)_3) = 56 + 3 \times (14 + 3 \times 16) = 56 + 3 \times 62 = 242$ г/моль.

2. Найдем количество вещества (число моль) нитрата железа(III) в образце массой 86,4 г.

$\nu(\text{Fe(NO}_3)_3) = \frac{m(\text{Fe(NO}_3)_3)}{M(\text{Fe(NO}_3)_3)} = \frac{86,4 \text{ г}}{242 \text{ г/моль}}$

3. Определим, сколько моль атомов азота содержится в этом количестве нитрата железа(III). Каждая формульная единица $\text{Fe(NO}_3)_3$ содержит 3 атома азота. Следовательно, количество вещества атомов азота ($\nu(\text{N})$) будет в 3 раза больше количества вещества нитрата железа(III):

$\nu(\text{N}) = 3 \times \nu(\text{Fe(NO}_3)_3) = 3 \times \frac{86,4}{242}$ моль.

4. Весь этот азот поступил из газообразного азота $\text{N}_2$. Каждая молекула газообразного азота состоит из двух атомов ($\text{N}_2$). Таким образом, количество вещества молекулярного азота $\nu(\text{N}_2)$ в два раза меньше количества вещества атомарного азота $\nu(\text{N})$:

$\nu(\text{N}_2) = \frac{\nu(\text{N})}{2} = \frac{3 \times \nu(\text{Fe(NO}_3)_3)}{2} = \frac{3}{2} \times \frac{86,4}{242} = \frac{129,6}{242} \approx 0,5355$ моль.

5. Наконец, рассчитаем массу газообразного азота $\text{N}_2$, которая соответствует найденному количеству вещества. Молярная масса газообразного азота $M(\text{N}_2) = 2 \times Ar(\text{N}) = 2 \times 14 = 28$ г/моль.

$m(\text{N}_2) = \nu(\text{N}_2) \times M(\text{N}_2) = \left(\frac{3}{2} \times \frac{86,4}{242}\right) \times 28 = \frac{3 \times 86,4 \times 28}{2 \times 242} = \frac{7257,6}{484} = 15,0$ г.

Ответ:

Масса азота, теоретически требуемого для получения 86,4 г нитрата железа(III), составляет 15,0 г.