Номер 485, страница 93 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

485. Рассчитайте, какие массы аммиака и концентрированной азотной кислоты с её массовой долей 90,0 % нужно взять для приготовления аммиачной селитры массой 5,44 т, в которой массовая доля нитрата аммония составляет 96 %. Учтите, что в процессе производства теряется 1,56 % конечного продукта.

Дано:

$m_{\text{практ}}(\text{селитра}) = 5.44 \text{ т}$

$w(HNO_3) = 90.0 \% = 0.900$

$w(NH_4NO_3)_{\text{в селитре}} = 96 \% = 0.96$

$Потери = 1.56 \% = 0.0156$

Перевод всех данных в систему СИ:

$m_{\text{практ}}(\text{селитра}) = 5.44 \text{ т} = 5440 \text{ кг}$

Найти:

$m(NH_3) - ?$

$m_{\text{р-ра}}(HNO_3) - ?$

Решение:

1. Составим уравнение химической реакции получения нитрата аммония (аммиачной селитры) путем нейтрализации азотной кислоты аммиаком:

$NH_3 + HNO_3 \rightarrow NH_4NO_3$

2. Масса полученного готового продукта (селитры) составляет 5,44 т. Это практический выход, который получен после потерь в 1,56% от теоретически произведенной массы. Рассчитаем теоретическую массу селитры, которую необходимо было произвести, чтобы компенсировать потери:

$m_{\text{теор}}(\text{селитра}) = \frac{m_{\text{практ}}(\text{селитра})}{1 - \frac{Потери}{100}} = \frac{5.44 \text{ т}}{1 - 0.0156} = \frac{5.44 \text{ т}}{0.9844} \approx 5.5262 \text{ т}$

3. В полученной селитре массовая доля чистого нитрата аммония ($NH_4NO_3$) составляет 96%. Найдем массу чистого нитрата аммония, которая должна была образоваться в ходе реакции (это целевой продукт реакции):

$m(NH_4NO_3) = m_{\text{теор}}(\text{селитра}) \cdot w(NH_4NO_3)_{\text{в селитре}} = 5.5262 \text{ т} \cdot 0.96 \approx 5.3052 \text{ т}$

4. Вычислим молярные массы реагентов и продукта. Для удобства расчетов будем использовать единицы т/кмоль, которые численно равны г/моль:

$M(NH_3) = 17 \text{ т/кмоль}$

$M(HNO_3) = 63 \text{ т/кмоль}$

$M(NH_4NO_3) = 80 \text{ т/кмоль}$

5. Определим количество вещества (в киломолях) чистого нитрата аммония, которое должно образоваться в реакции:

$\nu(NH_4NO_3) = \frac{m(NH_4NO_3)}{M(NH_4NO_3)} = \frac{5.3052 \text{ т}}{80 \text{ т/кмоль}} \approx 0.066315 \text{ кмоль}$

6. Согласно уравнению реакции, количества веществ аммиака, азотной кислоты и нитрата аммония соотносятся как $1:1:1$. Следовательно:

$\nu(NH_3) = \nu(HNO_3) = \nu(NH_4NO_3) = 0.066315 \text{ кмоль}$

7. Рассчитаем массу чистого аммиака ($NH_3$), необходимого для реакции:

$m(NH_3) = \nu(NH_3) \cdot M(NH_3) = 0.066315 \text{ кмоль} \cdot 17 \text{ т/кмоль} \approx 1.1274 \text{ т}$

8. Рассчитаем массу чистой азотной кислоты ($HNO_3$), необходимой для реакции:

$m(HNO_3) = \nu(HNO_3) \cdot M(HNO_3) = 0.066315 \text{ кмоль} \cdot 63 \text{ т/кмоль} \approx 4.1778 \text{ т}$

9. Рассчитаем массу 90,0% раствора азотной кислоты, который потребуется для реакции. Масса раствора равна массе чистого вещества, деленной на его массовую долю в растворе:

$m_{\text{р-ра}}(HNO_3) = \frac{m(HNO_3)}{w(HNO_3)} = \frac{4.1778 \text{ т}}{0.900} \approx 4.642 \text{ т}$

Ответ: для приготовления 5,44 т аммиачной селитры с указанными характеристиками и потерями потребуется взять 1,13 т аммиака и 4,64 т концентрированной (90,0%) азотной кислоты.