Номер 676, страница 118 - гдз по химии 8 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

676. Кальцинированная сода имеет широкое применение. В настоящее время её получают следующим образом. В насыщенный раствор хлорида натрия пропускают аммиак и углекислый газ, в результате протекает реакция:

$\text{NH}_3 + \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} + \text{NaCl} = \text{NaHCO}_3\downarrow + \text{NH}_4\text{Cl}$

Образовавшийся в результате реакции гидрокарбонат натрия $\text{NaHCO}_3$ выпадает в осадок. Затем его отфильтровывают и кальцинируют (обезвоживают) нагреванием до 140–160 °C, при этом он переходит в карбонат натрия:

$2\text{NaHCO}_3 = \text{Na}_2\text{CO}_3 + \text{CO}_2\uparrow + \text{H}_2\text{O}\uparrow$

Рассчитайте, аммиак какой массой необходим для получения кальцинированной соды массой 3,50 т.

Дано:

$m(Na_2CO_3) = 3,50 \text{ т}$

Переведем массу в систему СИ (килограммы):

$m(Na_2CO_3) = 3,50 \cdot 10^3 \text{ кг} = 3500 \text{ кг}$

Найти:

$m(NH_3) - ?$

Решение:

Процесс получения кальцинированной соды описывается двумя последовательными химическими реакциями:

1. Получение гидрокарбоната натрия:

$NH_3 + CO_2 + H_2O + NaCl = NaHCO_3 \downarrow + NH_4Cl$

2. Кальцинация (прокаливание) гидрокарбоната натрия для получения карбоната натрия (кальцинированной соды):

$2NaHCO_3 = Na_2CO_3 + CO_2 \uparrow + H_2O \uparrow$

Для решения задачи сначала найдем количество вещества полученной кальцинированной соды, а затем, используя стехиометрические коэффициенты в уравнениях реакций, определим необходимое количество вещества и массу аммиака.

1. Рассчитаем молярные массы необходимых веществ, используя относительные атомные массы из периодической таблицы химических элементов Д.И. Менделеева:

Молярная масса карбоната натрия $(Na_2CO_3)$:

$M(Na_2CO_3) = 2 \cdot Ar(Na) + Ar(C) + 3 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 23 + 12 + 3 \cdot 16 = 106 \text{ г/моль} = 106 \text{ кг/кмоль}$

Молярная масса аммиака $(NH_3)$:

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

2. Найдем количество вещества (химическое количество) кальцинированной соды $(Na_2CO_3)$ массой 3500 кг:

$\nu(Na_2CO_3) = \frac{m(Na_2CO_3)}{M(Na_2CO_3)} = \frac{3500 \text{ кг}}{106 \text{ кг/кмоль}} \approx 33,019 \text{ кмоль}$

3. По уравнению реакции (2) определим, какое количество вещества гидрокарбоната натрия $(NaHCO_3)$ потребовалось для получения этого количества соды. Из уравнения видно, что для получения 1 моль $Na_2CO_3$ требуется 2 моль $NaHCO_3$. Следовательно, соотношение количеств веществ $\nu(NaHCO_3) : \nu(Na_2CO_3) = 2 : 1$.

$\nu(NaHCO_3) = 2 \cdot \nu(Na_2CO_3) = 2 \cdot 33,019 \text{ кмоль} \approx 66,038 \text{ кмоль}$

4. По уравнению реакции (1) определим, какое количество вещества аммиака $(NH_3)$ необходимо для получения 66,038 кмоль гидрокарбоната натрия. Из уравнения реакции (1) следует, что из 1 моль $NH_3$ образуется 1 моль $NaHCO_3$. Таким образом, соотношение количеств веществ $\nu(NH_3) : \nu(NaHCO_3) = 1 : 1$.

$\nu(NH_3) = \nu(NaHCO_3) \approx 66,038 \text{ кмоль}$

5. Рассчитаем массу аммиака, необходимую для реакции:

$m(NH_3) = \nu(NH_3) \cdot M(NH_3) = 66,038 \text{ кмоль} \cdot 17 \text{ кг/кмоль} \approx 1122,65 \text{ кг}$

6. Переведем массу в тонны и округлим результат с учетом значащих цифр в исходных данных (в числе 3,50 три значащие цифры).

$m(NH_3) \approx 1,12 \text{ т}$

Ответ: для получения 3,50 т кальцинированной соды необходим аммиак массой 1,12 т.