Номер 617, страница 114 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

617. Водород какой массы потребуется для получения аммиака массой 5,0 т, если выход аммиака составляет 94 %?

Дано:

$m_{практ}(NH_3) = 5,0 \text{ т}$

$\eta = 94 \% = 0,94$

$m_{практ}(NH_3) = 5,0 \text{ т} = 5,0 \times 10^3 \text{ кг}$

Найти:

$m(H_2) - ?$

Решение:

1. Составим уравнение реакции получения аммиака:

$N_2 + 3H_2 \rightarrow 2NH_3$

2. Масса аммиака, равная 5,0 т, является практическим выходом, который составляет 94 % от теоретически возможного. Сначала найдем теоретическую массу аммиака ($m_{теор}$), которую можно было бы получить при 100% выходе реакции.

Формула выхода продукта реакции:

$\eta = \frac{m_{практ}(NH_3)}{m_{теор}(NH_3)}$

Отсюда выразим теоретическую массу:

$m_{теор}(NH_3) = \frac{m_{практ}(NH_3)}{\eta} = \frac{5,0 \text{ т}}{0,94} \approx 5,319 \text{ т}$

3. Рассчитаем молярные массы водорода ($H_2$) и аммиака ($NH_3$).

$M(H_2) = 2 \times 1 = 2 \text{ г/моль}$

$M(NH_3) = 14 + 3 \times 1 = 17 \text{ г/моль}$

4. Теперь, используя уравнение реакции, определим массу водорода, необходимую для получения теоретической массы аммиака. Из уравнения следует, что из 3 моль водорода образуется 2 моль аммиака.

Соотношение масс реагентов и продуктов можно записать так:

На получение $2 \times M(NH_3) = 2 \times 17 = 34$ г аммиака требуется $3 \times M(H_2) = 3 \times 2 = 6$ г водорода.

Составим пропорцию, чтобы найти массу водорода ($m(H_2)$) для получения $5,319$ т аммиака. Расчеты можно вести в тоннах, так как соотношение масс является безразмерной величиной.

$\frac{m(H_2)}{m_{теор}(NH_3)} = \frac{3 \cdot M(H_2)}{2 \cdot M(NH_3)}$

$\frac{m(H_2)}{5,319 \text{ т}} = \frac{6}{34}$

Выразим и вычислим массу водорода:

$m(H_2) = 5,319 \text{ т} \times \frac{6}{34} \approx 0,9386 \text{ т}$

Учитывая, что исходные данные приведены с двумя значащими цифрами (5,0 т), округлим результат до двух значащих цифр.

$m(H_2) \approx 0,94 \text{ т}$

Ответ: для получения 5,0 т аммиака потребуется 0,94 т водорода.