Номер 165, страница 210 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.165. Смешали 200 г 6,9%-го раствора нитрита натрия и 100 г 5,35%-го раствора хлорида аммония. Раствор нагрели. Определите объём выделившегося газа (н. у.) и массовые доли веществ в конечном растворе.

Дано:

$m_{р-ра}(NaNO_2) = 200$ г
$\omega(NaNO_2) = 6,9\% = 0,069$
$m_{р-ра}(NH_4Cl) = 100$ г
$\omega(NH_4Cl) = 5,35\% = 0,0535$

Найти:

$V(N_2)$ (н. у.) - ?
$\omega_{конечн.}(NaCl)$ - ?
$\omega_{конечн.}(NaNO_2)$ - ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции, которая происходит при нагревании смеси растворов нитрита натрия и хлорида аммония:

$NaNO_2 + NH_4Cl \xrightarrow{t} N_2\uparrow + NaCl + 2H_2O$

2. Рассчитаем массы чистых реагентов в исходных растворах:

$m(NaNO_2) = m_{р-ра}(NaNO_2) \cdot \omega(NaNO_2) = 200 \text{ г} \cdot 0,069 = 13,8 \text{ г}$

$m(NH_4Cl) = m_{р-ра}(NH_4Cl) \cdot \omega(NH_4Cl) = 100 \text{ г} \cdot 0,0535 = 5,35 \text{ г}$

3. Вычислим молярные массы и количество вещества (в молях) для каждого реагента:

$M(NaNO_2) = 23 + 14 + 2 \cdot 16 = 69$ г/моль
$M(NH_4Cl) = 14 + 4 \cdot 1 + 35,5 = 53,5$ г/моль

$n(NaNO_2) = \frac{m(NaNO_2)}{M(NaNO_2)} = \frac{13,8 \text{ г}}{69 \text{ г/моль}} = 0,2 \text{ моль}$

$n(NH_4Cl) = \frac{m(NH_4Cl)}{M(NH_4Cl)} = \frac{5,35 \text{ г}}{53,5 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

4. Согласно уравнению реакции, реагенты взаимодействуют в мольном соотношении 1:1. Сравнив количества веществ, определим, что хлорид аммония ($NH_4Cl$) находится в недостатке и прореагирует полностью, а нитрит натрия ($NaNO_2$) — в избытке. Дальнейшие расчеты ведем по недостатку ($NH_4Cl$).

Объём выделившегося газа (н. у.)

По уравнению реакции, количество выделившегося азота равно количеству прореагировавшего хлорида аммония:

$n(N_2) = n(NH_4Cl) = 0,1 \text{ моль}$

Рассчитаем объем выделившегося азота при нормальных условиях (н. у.), используя молярный объем газов $V_m = 22,4$ л/моль:

$V(N_2) = n(N_2) \cdot V_m = 0,1 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 2,24 \text{ л}$

Ответ: Объём выделившегося газа (азота) составляет 2,24 л.

Массовые доли веществ в конечном растворе

Сначала найдем массу конечного раствора. Она равна сумме масс исходных растворов за вычетом массы выделившегося газа (азота).

Масса выделившегося азота:

$m(N_2) = n(N_2) \cdot M(N_2) = 0,1 \text{ моль} \cdot (2 \cdot 14 \text{ г/моль}) = 2,8 \text{ г}$

Масса конечного раствора:

$m_{конечн. р-ра} = m_{р-ра}(NaNO_2) + m_{р-ра}(NH_4Cl) - m(N_2) = 200 \text{ г} + 100 \text{ г} - 2,8 \text{ г} = 297,2 \text{ г}$

Теперь определим массы веществ, содержащихся в конечном растворе. Это образовавшийся хлорид натрия ($NaCl$) и оставшийся в избытке нитрит натрия ($NaNO_2$).

Количество и масса образовавшегося $NaCl$ (по уравнению $n(NaCl) = n(NH_4Cl)$):

$n(NaCl) = 0,1 \text{ моль}$

$M(NaCl) = 23 + 35,5 = 58,5$ г/моль

$m(NaCl) = n(NaCl) \cdot M(NaCl) = 0,1 \text{ моль} \cdot 58,5 \text{ г/моль} = 5,85 \text{ г}$

Количество и масса оставшегося $NaNO_2$:

$n(NaNO_2)_{прореаг.} = n(NH_4Cl) = 0,1 \text{ моль}$

$n(NaNO_2)_{ост.} = n(NaNO_2)_{исх.} - n(NaNO_2)_{прореаг.} = 0,2 \text{ моль} - 0,1 \text{ моль} = 0,1 \text{ моль}$

$m(NaNO_2)_{ост.} = n(NaNO_2)_{ост.} \cdot M(NaNO_2) = 0,1 \text{ моль} \cdot 69 \text{ г/моль} = 6,9 \text{ г}$

Рассчитаем массовые доли ($ \omega $) веществ в конечном растворе:

$\omega(NaCl) = \frac{m(NaCl)}{m_{конечн. р-ра}} \cdot 100\% = \frac{5,85 \text{ г}}{297,2 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 1,97\%$

$\omega(NaNO_2) = \frac{m(NaNO_2)_{ост.}}{m_{конечн. р-ра}} \cdot 100\% = \frac{6,9 \text{ г}}{297,2 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 2,32\%$

Ответ: Массовые доли веществ в конечном растворе: хлорида натрия ($NaCl$) - 1,97%, нитрита натрия ($NaNO_2$) - 2,32%.