Номер 27, страница 135 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

4.27. К 30 г метиламина добавили 15 г хлороводорода. Вычислите массу образовавшегося твёрдого вещества и объём оставшегося газа (н. у.).

Дано:

Масса метиламина ($m(\text{CH}_3\text{NH}_2)$) = 30 г
Масса хлороводорода ($m(\text{HCl})$) = 15 г

Найти:

Массу образовавшегося твёрдого вещества ($m(\text{продукта})$) - ?
Объём оставшегося газа при н. у. ($V(\text{ост. газа})$) - ?

Решение:

1. Составим уравнение реакции. Метиламин является органическим основанием и реагирует с соляной кислотой (хлороводородом) по типу реакции нейтрализации с образованием соли — хлорида метиламмония. Это твёрдое кристаллическое вещество.

$\text{CH}_3\text{NH}_2 + \text{HCl} \rightarrow [\text{CH}_3\text{NH}_3]\text{Cl}$

2. Рассчитаем молярные массы реагентов и продукта реакции, используя относительные атомные массы элементов: Ar(C) = 12, Ar(H) = 1, Ar(N) = 14, Ar(Cl) = 35.5.

$M(\text{CH}_3\text{NH}_2) = 12 + 3 \cdot 1 + 14 + 2 \cdot 1 = 31 \text{ г/моль}$
$M(\text{HCl}) = 1 + 35.5 = 36.5 \text{ г/моль}$
$M([\text{CH}_3\text{NH}_3]\text{Cl}) = 12 + 3 \cdot 1 + 14 + 3 \cdot 1 + 35.5 = 67.5 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества (в молях) для каждого из исходных веществ по формуле $n = m/M$:

$n(\text{CH}_3\text{NH}_2) = \frac{m(\text{CH}_3\text{NH}_2)}{M(\text{CH}_3\text{NH}_2)} = \frac{30 \text{ г}}{31 \text{ г/моль}} \approx 0.968 \text{ моль}$
$n(\text{HCl}) = \frac{m(\text{HCl})}{M(\text{HCl})} = \frac{15 \text{ г}}{36.5 \text{ г/моль}} \approx 0.411 \text{ моль}$

4. Определим, какое из веществ находится в недостатке. Согласно уравнению реакции, метиламин и хлороводород реагируют в стехиометрическом соотношении 1:1. Сравним количества веществ реагентов:

$n(\text{CH}_3\text{NH}_2) = 0.968 \text{ моль}$
$n(\text{HCl}) = 0.411 \text{ моль}$
Поскольку $n(\text{HCl}) < n(\text{CH}_3\text{NH}_2)$, хлороводород ($ \text{HCl} $) является лимитирующим реагентом, то есть он прореагирует полностью. Метиламин ($ \text{CH}_3\text{NH}_2 $) взят в избытке. Дальнейшие расчеты продукта и избытка ведутся по недостатку.

5. Вычислим массу образовавшегося твёрдого вещества (хлорида метиламмония). Количество вещества продукта реакции равно количеству вещества реагента, находящегося в недостатке.

$n([\text{CH}_3\text{NH}_3]\text{Cl}) = n(\text{HCl}) = 0.411 \text{ моль}$
Теперь вычислим массу продукта: $m([\text{CH}_3\text{NH}_3]\text{Cl}) = n([\text{CH}_3\text{NH}_3]\text{Cl}) \cdot M([\text{CH}_3\text{NH}_3]\text{Cl}) = 0.411 \text{ моль} \cdot 67.5 \text{ г/моль} \approx 27.74 \text{ г}$

6. Вычислим объём оставшегося газа. Оставшийся газ — это избыток метиламина. Сначала найдем количество вещества метиламина, которое не вступило в реакцию.

Количество прореагировавшего метиламина равно количеству хлороводорода: $n_{\text{реаг}}(\text{CH}_3\text{NH}_2) = n(\text{HCl}) = 0.411 \text{ моль}$.
Количество оставшегося метиламина:
$n_{\text{ост}}(\text{CH}_3\text{NH}_2) = n_{\text{исх}}(\text{CH}_3\text{NH}_2) - n_{\text{реаг}}(\text{CH}_3\text{NH}_2) = 0.968 \text{ моль} - 0.411 \text{ моль} = 0.557 \text{ моль}$

7. Теперь найдем объем оставшегося метиламина при нормальных условиях (н. у.). При н. у. молярный объем любого газа $V_m$ составляет 22.4 л/моль.

$V(\text{CH}_3\text{NH}_2) = n_{\text{ост}}(\text{CH}_3\text{NH}_2) \cdot V_m = 0.557 \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ л/моль} \approx 12.48 \text{ л}$

Ответ: масса образовавшегося твёрдого вещества (хлорида метиламмония) составляет 27.74 г; объём оставшегося газа (метиламина) при нормальных условиях составляет 12.48 л.