Номер 6, страница 50 - гдз по химии 8 класс учебник Шиманович, Красицкий

6. Аммиак $\text{NH}_3$ в промышленных условиях получают реакцией азота с водородом. Рассчитайте объемы (н. у.) указанных реагентов, необходимых для получения аммиака массой 51 кг.

Дано:

$m(NH_3) = 51 \text{ кг}$
Условия: нормальные (н. у.)

Перевод в СИ:
$m(NH_3) = 51 \text{ кг}$

Найти:

$V(N_2) - ?$
$V(H_2) - ?$

Решение:

1. Записываем уравнение реакции синтеза аммиака из азота и водорода:

$N_2 + 3H_2 \rightarrow 2NH_3$

2. Рассчитываем молярную массу аммиака ($NH_3$). Используем округленные до целых чисел относительные атомные массы: $Ar(N) = 14$, $Ar(H) = 1$.

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

3. Находим количество вещества ($n$) аммиака. Для этого сначала переведем массу аммиака в граммы:

$m(NH_3) = 51 \text{ кг} = 51000 \text{ г}$

Теперь вычисляем количество вещества по формуле $n = m/M$:

$n(NH_3) = \frac{m(NH_3)}{M(NH_3)} = \frac{51000 \text{ г}}{17 \text{ г/моль}} = 3000 \text{ моль}$

4. По уравнению реакции определяем количество вещества исходных реагентов (азота и водорода). Стехиометрические коэффициенты в уравнении показывают, что соотношение количеств веществ $n(N_2) : n(H_2) : n(NH_3)$ равно $1 : 3 : 2$.

Количество вещества азота ($N_2$):

$n(N_2) = \frac{1}{2} n(NH_3) = \frac{1}{2} \cdot 3000 \text{ моль} = 1500 \text{ моль}$

Количество вещества водорода ($H_2$):

$n(H_2) = \frac{3}{2} n(NH_3) = \frac{3}{2} \cdot 3000 \text{ моль} = 4500 \text{ моль}$

5. Рассчитываем объемы газов при нормальных условиях (н. у.). Согласно закону Авогадро, молярный объем любого газа при н. у. ($V_m$) составляет 22,4 л/моль.

Объем азота:

$V(N_2) = n(N_2) \cdot V_m = 1500 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 33600 \text{ л}$

Объем водорода:

$V(H_2) = n(H_2) \cdot V_m = 4500 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 100800 \text{ л}$

6. Для ответа выразим полученные объемы в кубических метрах, учитывая, что $1 \text{ м}^3 = 1000 \text{ л}$:

$V(N_2) = \frac{33600 \text{ л}}{1000 \text{ л/м}^3} = 33,6 \text{ м}^3$

$V(H_2) = \frac{100800 \text{ л}}{1000 \text{ л/м}^3} = 100,8 \text{ м}^3$

Ответ: для получения 51 кг аммиака необходимы следующие объемы реагентов (измеренные при н. у.): 33,6 м³ азота и 100,8 м³ водорода.