Номер 3, страница 160, часть 2 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

•3. Какую массу азотной кислоты с массовой долей кислоты 50% можно получить из аммиака массой 21 т (потерями пренебречь)?

Ответ: 155,6 т.

Дано:

$m(NH₃) = 21 \text{ т}$

$ω(HNO₃) = 50\% = 0.5$

$m(NH₃) = 21 \cdot 10^3 \text{ кг}$

Найти:

$m_{р-ра}(HNO₃) - ?$

Решение:

Процесс получения азотной кислоты из аммиака является многостадийным. Сначала аммиак каталитически окисляют до оксида азота(II), затем оксид азота(II) окисляют до оксида азота(IV), и на последней стадии оксид азота(IV) поглощается водой в присутствии кислорода с образованием азотной кислоты.

Схема превращений: $NH₃ \rightarrow No \rightarrow NO₂ \rightarrow HNO₃$.

Для решения задачи можно составить суммарное уравнение реакции. Так как в условии сказано пренебречь потерями, мы можем считать, что весь азот из аммиака переходит в азотную кислоту. Таким образом, из одного моля аммиака ($NH₃$) образуется один моль азотной кислоты ($HNO₃$).

Суммарное уравнение реакции выглядит так:

$NH₃ + 2O₂ \rightarrow HNO₃ + H₂O$

Из уравнения следует, что количества веществ аммиака и азотной кислоты соотносятся как 1:1.

$ν(NH₃) = ν(HNO₃)$

Рассчитаем молярные массы аммиака и азотной кислоты, используя относительные атомные массы: $Ar(N) = 14$, $Ar(H) = 1$, $Ar(O) = 16$.

$M(NH₃) = 14 + 3 \cdot 1 = 17 \text{ г/моль}$

$M(HNO₃) = 1 + 14 + 3 \cdot 16 = 63 \text{ г/моль}$

Чтобы избежать работы с большими числами, можно вести расчеты в киломолях (кмоль) и тоннах (т), используя молярные массы в т/кмоль:

$M(NH₃) = 17 \text{ т/кмоль}$

$M(HNO₃) = 63 \text{ т/кмоль}$

Найдем количество вещества аммиака массой 21 т:

$ν(NH₃) = \frac{m(NH₃)}{M(NH₃)} = \frac{21 \text{ т}}{17 \text{ т/кмоль}}$

Так как $ν(NH₃) = ν(HNO₃)$, мы можем рассчитать массу чистой (100%) азотной кислоты, которая может быть получена:

$m_{чист}(HNO₃) = ν(HNO₃) \cdot M(HNO₃) = \frac{21}{17} \text{ кмоль} \cdot 63 \text{ т/кмоль} = \frac{21 \cdot 63}{17} \text{ т} \approx 77.824 \text{ т}$

Полученное значение — это масса чистого вещества $HNO₃$. В задаче требуется найти массу 50%-го раствора этой кислоты. Массовая доля вещества в растворе ($ω$) связана с массой вещества и массой раствора следующей формулой:

$ω = \frac{m_{вещества}}{m_{раствора}}$

Выразим отсюда массу раствора:

$m_{р-ра}(HNO₃) = \frac{m_{чист}(HNO₃)}{ω(HNO₃)} = \frac{77.824 \text{ т}}{0.5} = 155.648 \text{ т}$

Округляя результат до одного знака после запятой, получаем 155,6 т.

Ответ: 155,6 т.