Номер 1, страница 160, часть 2 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

•1. Определите, в какой из стадий производства азотной кислоты требуется наибольший объем кислорода из расчета на 1 моль исходного вещества.

Решение

Процесс производства азотной кислоты из аммиака (метод Оствальда) включает три основные стадии, на которых происходит окисление соединений азота кислородом. Чтобы определить, на какой из стадий требуется наибольший объем кислорода в расчете на 1 моль исходного вещества, проанализируем стехиометрию каждой реакции.

По закону Авогадро, при одинаковых условиях (температуре и давлении) объемы газов относятся друг к другу как их количества вещества (моль). Поэтому сравнение объемов кислорода эквивалентно сравнению его мольных количеств.

Стадия 1: Каталитическое окисление аммиака

На первой стадии аммиак ($NH_3$) окисляется кислородом воздуха в присутствии катализатора до оксида азота(II) ($NO$). Исходным веществом для этой стадии является аммиак.

Уравнение реакции:

$4NH_3 + 5O_2 \rightarrow 4No + 6H_2O$

Из уравнения видно, что на окисление 4 моль аммиака расходуется 5 моль кислорода. Рассчитаем количество кислорода, необходимое для окисления 1 моль аммиака:

$\frac{n(O_2)}{n(NH_3)} = \frac{5}{4} = 1,25$

На 1 моль $NH_3$ требуется 1,25 моль $O_2$.

Стадия 2: Окисление оксида азота(II) до оксида азота(IV)

Полученный оксид азота(II) ($NO$) далее самопроизвольно окисляется кислородом до оксида азота(IV) ($NO_2$). Исходным веществом для этой стадии является оксид азота(II).

Уравнение реакции:

$2No + O_2 \rightarrow 2NO_2$

Из уравнения видно, что на окисление 2 моль оксида азота(II) расходуется 1 моль кислорода. Рассчитаем количество кислорода, необходимое для окисления 1 моль оксида азота(II):

$\frac{n(O_2)}{n(NO)} = \frac{1}{2} = 0,5$

На 1 моль $NO$ требуется 0,5 моль $O_2$.

Стадия 3: Получение азотной кислоты

Оксид азота(IV) ($NO_2$) поглощается водой в присутствии кислорода, в результате чего образуется азотная кислота ($HNO_3$). Исходным веществом для этой стадии является оксид азота(IV).

Уравнение реакции:

$4NO_2 + 2H_2o + O_2 \rightarrow 4HNO_3$

Из уравнения видно, что на 4 моль оксида азота(IV) расходуется 1 моль кислорода. Рассчитаем количество кислорода, необходимое на 1 моль оксида азота(IV):

$\frac{n(O_2)}{n(NO_2)} = \frac{1}{4} = 0,25$

На 1 моль $NO_2$ требуется 0,25 моль $O_2$.

Вывод

Сравним мольные количества кислорода, расходуемые на 1 моль исходного вещества на каждой стадии:

• Стадия 1: 1,25 моль $O_2$
• Стадия 2: 0,5 моль $O_2$
• Стадия 3: 0,25 моль $O_2$

Наибольшее количество вещества (и, следовательно, наибольший объем) кислорода требуется на первой стадии производства.

Ответ: Наибольший объем кислорода из расчета на 1 моль исходного вещества требуется на первой стадии производства азотной кислоты — стадии каталитического окисления аммиака. На 1 моль аммиака расходуется 1,25 моль кислорода.