Номер 183, страница 212 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.183. Смешали 100 г 17%-го раствора аммиака и 490 г 5%-й серной кислоты. Найдите массовые доли веществ в полученном растворе.

Дано:

$m_{р-ра}(NH_3) = 100 \text{ г}$

$\omega(NH_3) = 17\% = 0.17$

$m_{р-ра}(H_2SO_4) = 490 \text{ г}$

$\omega(H_2SO_4) = 5\% = 0.05$

Найти:

$\omega_{конечн.}(веществ) - ?$

Решение:

1. При смешивании раствора аммиака (основание) и раствора серной кислоты (кислота) происходит реакция нейтрализации с образованием соли сульфата аммония. Запишем уравнение реакции:

$2NH_3 + H_2SO_4 \rightarrow (NH_4)_2SO_4$

2. Рассчитаем массы чистых реагентов в исходных растворах.

Масса аммиака:

$m(NH_3) = m_{р-ра}(NH_3) \cdot \omega(NH_3) = 100 \text{ г} \cdot 0.17 = 17 \text{ г}$

Масса серной кислоты:

$m(H_2SO_4) = m_{р-ра}(H_2SO_4) \cdot \omega(H_2SO_4) = 490 \text{ г} \cdot 0.05 = 24.5 \text{ г}$

3. Вычислим количество вещества (в молях) для каждого из реагентов, чтобы определить, какой из них находится в недостатке.

Молярная масса аммиака $M(NH_3) = 14 + 3 \cdot 1 = 17 \text{ г/моль}$.

Количество вещества аммиака:

$n(NH_3) = \frac{m(NH_3)}{M(NH_3)} = \frac{17 \text{ г}}{17 \text{ г/моль}} = 1 \text{ моль}$

Молярная масса серной кислоты $M(H_2SO_4) = 2 \cdot 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 98 \text{ г/моль}$.

Количество вещества серной кислоты:

$n(H_2SO_4) = \frac{m(H_2SO_4)}{M(H_2SO_4)} = \frac{24.5 \text{ г}}{98 \text{ г/моль}} = 0.25 \text{ моль}$

4. Определим, какой реагент прореагирует полностью (находится в недостатке).

Согласно стехиометрии уравнения реакции, на 1 моль $H_2SO_4$ требуется 2 моль $NH_3$.

У нас есть 0.25 моль $H_2SO_4$. Для полной реакции с этим количеством кислоты потребуется:

$n_{требуемое}(NH_3) = 2 \cdot n(H_2SO_4) = 2 \cdot 0.25 \text{ моль} = 0.5 \text{ моль}$

Поскольку в наличии имеется 1 моль $NH_3$, а требуется только 0.5 моль, аммиак находится в избытке, а серная кислота — в недостатке. Дальнейшие расчеты ведем по веществу в недостатке, то есть по $H_2SO_4$.

5. Рассчитаем массы веществ в конечном растворе.

Вся серная кислота прореагирует. В реакцию вступит 0.5 моль аммиака. Количество аммиака в избытке:

$n_{ост}(NH_3) = 1 \text{ моль} - 0.5 \text{ моль} = 0.5 \text{ моль}$

Масса оставшегося аммиака:

$m_{ост}(NH_3) = n_{ост}(NH_3) \cdot M(NH_3) = 0.5 \text{ моль} \cdot 17 \text{ г/моль} = 8.5 \text{ г}$

Количество образовавшегося сульфата аммония $(NH_4)_2SO_4$ по уравнению реакции равно количеству прореагировавшей серной кислоты:

$n((NH_4)_2SO_4) = n(H_2SO_4) = 0.25 \text{ моль}$

Молярная масса сульфата аммония $M((NH_4)_2SO_4) = (14 + 4 \cdot 1) \cdot 2 + 32 + 4 \cdot 16 = 132 \text{ г/моль}$.

Масса образовавшегося сульфата аммония:

$m((NH_4)_2SO_4) = n((NH_4)_2SO_4) \cdot M((NH_4)_2SO_4) = 0.25 \text{ моль} \cdot 132 \text{ г/моль} = 33 \text{ г}$

6. Найдем общую массу конечного раствора. Она равна сумме масс исходных растворов:

$m_{конечн. р-ра} = m_{р-ра}(NH_3) + m_{р-ра}(H_2SO_4) = 100 \text{ г} + 490 \text{ г} = 590 \text{ г}$

7. Рассчитаем массовые доли веществ (избытка аммиака и продукта реакции сульфата аммония) в полученном растворе.

Массовая доля оставшегося аммиака:

$\omega_{конечн.}(NH_3) = \frac{m_{ост}(NH_3)}{m_{конечн. р-ра}} = \frac{8.5 \text{ г}}{590 \text{ г}} \approx 0.0144$

Массовая доля сульфата аммония:

$\omega((NH_4)_2SO_4) = \frac{m((NH_4)_2SO_4)}{m_{конечн. р-ра}} = \frac{33 \text{ г}}{590 \text{ г}} \approx 0.0559$

Переведем доли в проценты: $0.0144 \cdot 100\% = 1.44\%$; $0.0559 \cdot 100\% = 5.59\%$.

Ответ: массовая доля аммиака в полученном растворе составляет 1.44%, а массовая доля сульфата аммония — 5.59%.