Номер 803, страница 144 - гдз по химии 8 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

803. Газообразную смесь плотностью (н. у.) $1,230 \text{ г/дм}^3$, состоящую из аммиака и воздуха, пропустили через $1,40 \text{ дм}^3$ дистиллированной воды. Газ, который не поглотился, был собран. Его объём (н. у.) составил $870 \text{ см}^3$.

а) Рассчитайте массовую долю аммиака в исходной газовой смеси.

б) Чему равна массовая доля гидрата аммиака в полученном растворе?

в) Кроме аммиака, существуют другие бинарные соединения азота с водородом. Приведите название одного такого соединения, его молекулярную и структурную формулы.

Дано:

Плотность газовой смеси (н. у.) $\rho_{смеси} = 1,230 \text{ г/дм}^3$

Объем дистиллированной воды $V(H_2O) = 1,40 \text{ дм}^3$

Объем непоглощенного газа (воздуха) $V_{воздуха} = 870 \text{ см}^3 = 0,870 \text{ дм}^3$

Молярный объем газов при н.у. $V_m = 22,4 \text{ дм}^3\text{/моль}$

Плотность воды $\rho(H_2O) \approx 1000 \text{ г/дм}^3$

Найти:

а) Массовую долю аммиака $\omega(NH_3)$ в исходной газовой смеси.

б) Массовую долю гидрата аммиака $\omega(NH_3 \cdot H_2O)$ в полученном растворе.

в) Название, молекулярную и структурную формулы другого бинарного соединения азота с водородом.

Решение:

а) Рассчитайте массовую долю аммиака в исходной газовой смеси.

1. Найдем среднюю молярную массу газовой смеси, используя ее плотность при нормальных условиях:

$M_{смеси} = \rho_{смеси} \cdot V_m = 1,230 \text{ г/дм}^3 \cdot 22,4 \text{ дм}^3\text{/моль} = 27,552 \text{ г/моль}$

2. Газовая смесь состоит из аммиака ($NH_3$) и воздуха. Примем молярные массы: $M(NH_3) = 17 \text{ г/моль}$ и среднюю молярную массу воздуха $M_{воздуха} = 29 \text{ г/моль}$.

3. Средняя молярная масса смеси связана с объемными долями ($\phi$) и молярными массами компонентов:

$M_{смеси} = \phi(NH_3) \cdot M(NH_3) + \phi(воздуха) \cdot M_{воздуха}$

Пусть объемная доля аммиака $\phi(NH_3) = x$, тогда объемная доля воздуха $\phi(воздуха) = 1 - x$.

$27,552 = x \cdot 17 + (1-x) \cdot 29$

$27,552 = 17x + 29 - 29x$

$12x = 29 - 27,552$

$12x = 1,448$

$x = \phi(NH_3) = \frac{1,448}{12} \approx 0,1207$ (или 12,07 %)

4. Рассчитаем массовую долю аммиака в смеси. Массовая доля компонента связана с его объемной долей и молярной массой через формулу:

$\omega(NH_3) = \frac{\phi(NH_3) \cdot M(NH_3)}{M_{смеси}} = \frac{0,1207 \cdot 17 \text{ г/моль}}{27,552 \text{ г/моль}} \approx 0,0745$

Ответ: Массовая доля аммиака в исходной газовой смеси составляет 0,0745 или 7,45%.

б) Чему равна массовая доля гидрата аммиака в полученном растворе?

1. При пропускании смеси через воду аммиак поглощается, а воздух нет. Следовательно, объем воздуха в исходной смеси равен $V_{воздуха} = 0,870 \text{ дм}^3$.

2. Найдем общий объем исходной газовой смеси, зная объемную долю воздуха ($\phi(воздуха) = 1 - 0,1207 = 0,8793$):

$V_{смеси} = \frac{V_{воздуха}}{\phi(воздуха)} = \frac{0,870 \text{ дм}^3}{0,8793} \approx 0,9894 \text{ дм}^3$

3. Найдем объем поглощенного аммиака:

$V(NH_3) = V_{смеси} \cdot \phi(NH_3) = 0,9894 \text{ дм}^3 \cdot 0,1207 \approx 0,1194 \text{ дм}^3$

4. Рассчитаем количество вещества и массу поглощенного аммиака:

$n(NH_3) = \frac{V(NH_3)}{V_m} = \frac{0,1194 \text{ дм}^3}{22,4 \text{ дм}^3\text{/моль}} \approx 0,00533 \text{ моль}$

$m(NH_3) = n(NH_3) \cdot M(NH_3) = 0,00533 \text{ моль} \cdot 17 \text{ г/моль} \approx 0,0906 \text{ г}$

5. В воде аммиак образует гидрат аммиака: $NH_3 + H_2O \rightarrow NH_3 \cdot H_2O$ (или $NH_4OH$).

Количество образовавшегося гидрата аммиака равно количеству поглощенного аммиака: $n(NH_3 \cdot H_2O) = n(NH_3) \approx 0,00533 \text{ моль}$.

Молярная масса гидрата аммиака: $M(NH_3 \cdot H_2O) = M(NH_3) + M(H_2O) = 17 + 18 = 35 \text{ г/моль}$.

Масса образовавшегося гидрата аммиака:

$m(NH_3 \cdot H_2O) = n(NH_3 \cdot H_2O) \cdot M(NH_3 \cdot H_2O) = 0,00533 \text{ моль} \cdot 35 \text{ г/моль} \approx 0,1866 \text{ г}$

6. Найдем массу полученного раствора. Она равна сумме масс исходной воды и поглощенного аммиака.

$m(H_2O) = V(H_2O) \cdot \rho(H_2O) = 1,40 \text{ дм}^3 \cdot 1000 \text{ г/дм}^3 = 1400 \text{ г}$

$m_{раствора} = m(H_2O) + m(NH_3) = 1400 \text{ г} + 0,0906 \text{ г} = 1400,0906 \text{ г}$

7. Рассчитаем массовую долю гидрата аммиака в растворе:

$\omega(NH_3 \cdot H_2O) = \frac{m(NH_3 \cdot H_2O)}{m_{раствора}} = \frac{0,1866 \text{ г}}{1400,0906 \text{ г}} \approx 0,000133$

Ответ: Массовая доля гидрата аммиака в полученном растворе равна 0,000133 или 0,0133%.

в) Кроме аммиака, существуют другие бинарные соединения азота с водородом. Приведите название одного такого соединения, его молекулярную и структурную формулы.

Одним из таких соединений является гидразин.

Название: Гидразин

Молекулярная формула: $N_2H_4$

Структурная формула: $H_2N–NH_2$

Ответ: Гидразин, молекулярная формула $N_2H_4$, структурная формула $H_2N–NH_2$.