Номер 422, страница 84 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

422. Азотную кислоту в промышленности получают по схеме: $N_2 \rightarrow NH_3 \rightarrow NO \rightarrow NO_2 \rightarrow HNO_3$.

Составьте уравнения химических реакций, протекающих на каждой из стадий получения азотной кислоты. Азотную кислоту какой максимальной массой можно получить из азота массой 420 т?

Уравнения химических реакций, протекающих на каждой из стадий получения азотной кислоты:

1) Синтез аммиака из азота и водорода (процесс Габера):

$N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$

2) Каталитическое окисление аммиака кислородом воздуха до оксида азота(II):

$4NH_3 + 5O_2 \rightarrow 4NO + 6H_2O$

3) Окисление оксида азота(II) до оксида азота(IV):

$2NO + O_2 \rightarrow 2NO_2$

4) Поглощение оксида азота(IV) водой в присутствии кислорода с образованием азотной кислоты:

$4NO_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4HNO_3$

Для нахождения максимальной массы азотной кислоты решим задачу.

Дано:

$m(N_2) = 420 \text{ т}$

$m(N_2) = 420 \text{ т} = 420 \cdot 10^6 \text{ г}$

Найти:

$m(HNO_3) = ?$

Решение:

Чтобы найти максимальную массу продукта, будем считать, что все реакции протекают со 100% выходом. Составим общую схему превращения атомов азота от исходного вещества до конечного продукта:

$N_2 \rightarrow 2NH_3 \rightarrow 2NO \rightarrow 2NO_2 \rightarrow 2HNO_3$

Из этой схемы видно, что из одной молекулы азота ($N_2$) в конечном итоге получается две молекулы азотной кислоты ($HNO_3$). Таким образом, стехиометрическое соотношение количеств веществ равно:

$n(N_2) : n(HNO_3) = 1 : 2$

1. Вычислим молярные массы азота ($N_2$) и азотной кислоты ($HNO_3$), используя относительные атомные массы элементов: $A_r(N) \approx 14$, $A_r(H) \approx 1$, $A_r(O) \approx 16$.

Молярная масса азота:

$M(N_2) = 2 \cdot 14 = 28 \text{ г/моль}$.

Молярная масса азотной кислоты:

$M(HNO_3) = 1 + 14 + 3 \cdot 16 = 63 \text{ г/моль}$.

2. Найдем количество вещества (в молях) азота массой 420 т.

$n(N_2) = \frac{m(N_2)}{M(N_2)} = \frac{420 \cdot 10^6 \text{ г}}{28 \text{ г/моль}} = 15 \cdot 10^6 \text{ моль}$.

3. Используя стехиометрическое соотношение, найдем количество вещества азотной кислоты.

$n(HNO_3) = 2 \cdot n(N_2) = 2 \cdot 15 \cdot 10^6 \text{ моль} = 30 \cdot 10^6 \text{ моль}$.

4. Рассчитаем максимальную массу азотной кислоты.

$m(HNO_3) = n(HNO_3) \cdot M(HNO_3) = 30 \cdot 10^6 \text{ моль} \cdot 63 \text{ г/моль} = 1890 \cdot 10^6 \text{ г}$.

5. Переведем полученную массу из граммов в тонны.

$m(HNO_3) = 1890 \cdot 10^6 \text{ г} = 1890 \text{ т}$.

Ответ: из 420 т азота можно получить 1890 т азотной кислоты.