Номер 5, страница 78 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 16. Аммиак и соли аммония. Глава 1. Неметаллы - номер 5, страница 78.

Условие.

5. Определите массовую долю и молярную концентрацию $NH_3$ в насыщенном водном растворе при н. у. Плотность раствора равна 0.85 г/мл.

Решение.

Решение 2.

Дано:

Насыщенный водный раствор $NH_3$ при н. у. (нормальные условия)

Плотность раствора $\rho = 0.85$ г/мл

Перевод в СИ:
$\rho = 0.85 \frac{\text{г}}{\text{мл}} = 0.85 \cdot \frac{10^{-3} \text{ кг}}{10^{-6} \text{ м}^3} = 850 \frac{\text{кг}}{\text{м}^3}$

Найти:

Массовую долю $NH_3$ - $\omega(NH_3)$

Молярную концентрацию $NH_3$ - $C(NH_3)$

Решение:

Для решения задачи необходимо использовать справочное значение растворимости аммиака в воде при нормальных условиях (н. у.: температура 0°С, давление 1 атм). В насыщенном растворе при этих условиях в 100 г воды растворяется около 90 г аммиака.

Также нам понадобится молярная масса аммиака ($NH_3$):

$M(NH_3) = M(N) + 3 \cdot M(H) \approx 14.01 \frac{\text{г}}{\text{моль}} + 3 \cdot 1.01 \frac{\text{г}}{\text{моль}} = 17.04 \frac{\text{г}}{\text{моль}}$

Массовая доля NH₃

Массовая доля вещества в растворе ($\omega$) вычисляется как отношение массы растворенного вещества ($m_{вещества}$) к общей массе раствора ($m_{раствора}$).

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

Рассмотрим образец насыщенного раствора, полученный растворением 90 г $NH_3$ в 100 г воды ($H_2O$).

Масса растворенного вещества ($NH_3$): $m(NH_3) = 90$ г.

Масса растворителя ($H_2O$): $m(H_2O) = 100$ г.

Общая масса раствора:

$m_{раствора} = m(NH_3) + m(H_2O) = 90 \text{ г} + 100 \text{ г} = 190$ г.

Теперь можем рассчитать массовую долю аммиака:

$\omega(NH_3) = \frac{90 \text{ г}}{190 \text{ г}} \approx 0.4737$

В процентах это составляет:

$\omega(NH_3) \approx 0.4737 \cdot 100\% = 47.37\%$

Ответ: Массовая доля $NH_3$ в насыщенном растворе при н.у. составляет примерно 47.4%.

Молярная концентрация NH₃

Молярная концентрация ($C$) определяется как отношение количества вещества ($n_{вещества}$) к объему раствора ($V_{раствора}$), выраженному в литрах.

$C = \frac{n_{вещества}}{V_{раствора}}$

Для расчета будем использовать данные для того же образца раствора.

1. Найдем количество вещества ($n$) аммиака в 90 г:

$n(NH_3) = \frac{m(NH_3)}{M(NH_3)} = \frac{90 \text{ г}}{17.04 \frac{\text{г}}{\text{моль}}} \approx 5.282$ моль.

2. Найдем объем раствора ($V_{раствора}$), зная его массу (190 г) и плотность ($\rho = 0.85$ г/мл).

$V_{раствора} = \frac{m_{раствора}}{\rho} = \frac{190 \text{ г}}{0.85 \frac{\text{г}}{\text{мл}}} \approx 223.53$ мл.

Переведем объем в литры:

$V_{раствора} \approx 223.53 \text{ мл} = 0.22353$ л.

3. Рассчитаем молярную концентрацию:

$C(NH_3) = \frac{n(NH_3)}{V_{раствора}} = \frac{5.282 \text{ моль}}{0.22353 \text{ л}} \approx 23.63 \frac{\text{моль}}{\text{л}}$ (или М).

Для проверки можно использовать общую формулу, связывающую массовую долю, плотность и молярную концентрацию:

$C = \frac{\omega \cdot \rho \cdot 1000}{M} = \frac{0.4737 \cdot 0.85 \frac{\text{г}}{\text{мл}} \cdot 1000 \frac{\text{мл}}{\text{л}}}{17.04 \frac{\text{г}}{\text{моль}}} \approx 23.63 \frac{\text{моль}}{\text{л}}$

Результаты совпадают, что подтверждает правильность расчетов.

Ответ: Молярная концентрация $NH_3$ в насыщенном растворе при н.у. составляет примерно 23.6 моль/л.