Номер 187, страница 212 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.187. В 110 мл 9%-й хлороводородной кислоты (плотность 1,04 г/мл) растворили газообразный аммиак, выделившийся при полном гидролизе 2,96 г нитрида кальция. Определите массовую долю хлороводорода в полученном при этом растворе.

Дано:

$V(\text{р-ра HCl}) = 110 \text{ мл}$

$\omega(\text{HCl}) = 9\% = 0,09$

$\rho(\text{р-ра HCl}) = 1,04 \text{ г/мл}$

$m(\text{Ca}_3\text{N}_2) = 2,96 \text{ г}$

Найти:

$\omega_{\text{конечн.}}(\text{HCl}) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции полного гидролиза нитрида кальция. При этом образуется гидроксид кальция и выделяется газообразный аммиак:

$\text{Ca}_3\text{N}_2 + 6\text{H}_2\text{O} \rightarrow 3\text{Ca(OH)}_2 + 2\text{NH}_3\uparrow$

2. Рассчитаем молярную массу нитрида кальция:

$M(\text{Ca}_3\text{N}_2) = 3 \cdot M(\text{Ca}) + 2 \cdot M(\text{N}) = 3 \cdot 40 + 2 \cdot 14 = 120 + 28 = 148 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества нитрида кальция, вступившего в реакцию:

$n(\text{Ca}_3\text{N}_2) = \frac{m(\text{Ca}_3\text{N}_2)}{M(\text{Ca}_3\text{N}_2)} = \frac{2,96 \text{ г}}{148 \text{ г/моль}} = 0,02 \text{ моль}$

4. По уравнению реакции найдем количество вещества выделившегося аммиака. Согласно стехиометрическим коэффициентам, из 1 моль $\text{Ca}_3\text{N}_2$ образуется 2 моль $\text{NH}_3$:

$n(\text{NH}_3) = 2 \cdot n(\text{Ca}_3\text{N}_2) = 2 \cdot 0,02 \text{ моль} = 0,04 \text{ моль}$

5. Рассчитаем массу выделившегося аммиака:

$M(\text{NH}_3) = 14 + 3 \cdot 1 = 17 \text{ г/моль}$

$m(\text{NH}_3) = n(\text{NH}_3) \cdot M(\text{NH}_3) = 0,04 \text{ моль} \cdot 17 \text{ г/моль} = 0,68 \text{ г}$

6. Определим массу и количество вещества хлороводорода в исходном растворе кислоты.

Масса исходного раствора хлороводородной кислоты:

$m_{\text{исх.}}(\text{р-ра HCl}) = V(\text{р-ра HCl}) \cdot \rho(\text{р-ра HCl}) = 110 \text{ мл} \cdot 1,04 \text{ г/мл} = 114,4 \text{ г}$

Масса хлороводорода в исходном растворе:

$m_{\text{исх.}}(\text{HCl}) = m_{\text{исх.}}(\text{р-ра HCl}) \cdot \omega(\text{HCl}) = 114,4 \text{ г} \cdot 0,09 = 10,296 \text{ г}$

Молярная масса хлороводорода:

$M(\text{HCl}) = 1 + 35,5 = 36,5 \text{ г/моль}$

Количество вещества хлороводорода в исходном растворе:

$n_{\text{исх.}}(\text{HCl}) = \frac{m_{\text{исх.}}(\text{HCl})}{M(\text{HCl})} = \frac{10,296 \text{ г}}{36,5 \text{ г/моль}} \approx 0,282 \text{ моль}$

7. Запишем уравнение реакции между аммиаком и хлороводородной кислотой:

$\text{NH}_3 + \text{HCl} \rightarrow \text{NH}_4\text{Cl}$

8. Определим, какое из веществ находится в избытке. Сравним количество вещества аммиака и хлороводорода:

$n(\text{NH}_3) = 0,04 \text{ моль}$

$n_{\text{исх.}}(\text{HCl}) = 0,282 \text{ моль}$

Так как вещества реагируют в соотношении 1:1, а $n(\text{NH}_3) < n_{\text{исх.}}(\text{HCl})$, аммиак является недостатком и прореагирует полностью, а хлороводородная кислота находится в избытке.

9. Рассчитаем массу и количество вещества HCl, которое прореагировало с аммиаком:

$n_{\text{прореаг.}}(\text{HCl}) = n(\text{NH}_3) = 0,04 \text{ моль}$

$m_{\text{прореаг.}}(\text{HCl}) = n_{\text{прореаг.}}(\text{HCl}) \cdot M(\text{HCl}) = 0,04 \text{ моль} \cdot 36,5 \text{ г/моль} = 1,46 \text{ г}$

10. Рассчитаем массу хлороводорода, оставшуюся в растворе после реакции:

$m_{\text{конечн.}}(\text{HCl}) = m_{\text{исх.}}(\text{HCl}) - m_{\text{прореаг.}}(\text{HCl}) = 10,296 \text{ г} - 1,46 \text{ г} = 8,836 \text{ г}$

11. Рассчитаем массу конечного раствора. Она складывается из массы исходного раствора кислоты и массы поглощенного аммиака:

$m_{\text{конечн.}}(\text{р-ра}) = m_{\text{исх.}}(\text{р-ра HCl}) + m(\text{NH}_3) = 114,4 \text{ г} + 0,68 \text{ г} = 115,08 \text{ г}$

12. Определим массовую долю хлороводорода в полученном растворе:

$\omega_{\text{конечн.}}(\text{HCl}) = \frac{m_{\text{конечн.}}(\text{HCl})}{m_{\text{конечн.}}(\text{р-ра})} = \frac{8,836 \text{ г}}{115,08 \text{ г}} \approx 0,07678$

Переведем в проценты: $0,07678 \cdot 100\% = 7,678\% \approx 7,68\%$

Ответ: массовая доля хлороводорода в полученном растворе составляет 7,68%.