Номер 486, страница 93 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

486. Одним из азотных удобрений является аммиачная вода — раствор аммиака в воде, массовая доля аммиака в которой составляет 25 %. Норма внесения аммиачной воды под овощные культуры составляет приблизительно 60 кг на 1 гектар. Аммиак в промышленности получают из азота и водорода. Рассчитайте, какие объёмы (н. у.) водорода и азота нужно взять для получения аммиака, необходимого для подкормки овощных культур, выращиваемых на 200 га.

Дано:

Площадь, $S = 200$ га

Норма внесения аммиачной воды = $60$ кг/га

Массовая доля аммиака, $w(NH_3) = 25\%$

Перевод в СИ:

Массовую долю выразим в долях единицы: $w(NH_3) = 0.25$.

Массы будем рассчитывать в килограммах (кг), что соответствует СИ. Количество вещества будем измерять в киломолях (кмоль).

Найти:

$V(N_2)$ (н.у.) — ?

$V(H_2)$ (н.у.) — ?

Решение:

1. Рассчитаем общую массу аммиачной воды ($m_{р-ра}$), необходимую для удобрения 200 га земли:

$m_{р-ра} = 200 \text{ га} \times 60 \text{ кг/га} = 12000 \text{ кг}$

2. Найдем массу чистого аммиака ($m(NH_3)$), содержащегося в этой массе раствора:

$m(NH_3) = m_{р-ра} \times w(NH_3) = 12000 \text{ кг} \times 0.25 = 3000 \text{ кг}$

3. Запишем уравнение реакции промышленного синтеза аммиака из азота и водорода:

$N_2 + 3H_2 \rightarrow 2NH_3$

4. Рассчитаем количество вещества (в киломолях) полученного аммиака. Молярная масса аммиака $M(NH_3) \approx 14 + 3 \times 1 = 17 \text{ г/моль} = 17 \text{ кг/кмоль}$.

$n(NH_3) = \frac{m(NH_3)}{M(NH_3)} = \frac{3000 \text{ кг}}{17 \text{ кг/кмоль}} = \frac{3000}{17} \text{ кмоль}$

5. По уравнению реакции найдем количества веществ (в киломолях) азота и водорода, вступивших в реакцию. Из стехиометрии реакции следует, что на 2 моль $NH_3$ требуется 1 моль $N_2$ и 3 моль $H_2$.

$n(N_2) = \frac{1}{2} n(NH_3) = \frac{1}{2} \times \frac{3000}{17} = \frac{1500}{17} \text{ кмоль}$

$n(H_2) = \frac{3}{2} n(NH_3) = \frac{3}{2} \times \frac{3000}{17} = \frac{4500}{17} \text{ кмоль}$

6. Рассчитаем объемы газов при нормальных условиях (н. у.), используя молярный объем $V_m = 22.4 \text{ м³/кмоль}$.

Объем азота:

$V(N_2) = n(N_2) \times V_m = \frac{1500}{17} \text{ кмоль} \times 22.4 \frac{\text{м³}}{\text{кмоль}} \approx 1976.47 \text{ м³}$

Объем водорода:

$V(H_2) = n(H_2) \times V_m = \frac{4500}{17} \text{ кмоль} \times 22.4 \frac{\text{м³}}{\text{кмоль}} \approx 5929.41 \text{ м³}$

Ответ: для получения необходимого количества аммиака потребуется взять примерно $1976.5 \text{ м³}$ азота и $5929.4 \text{ м³}$ водорода (при н. у.).