Номер 8, страница 78 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 16. Аммиак и соли аммония. Глава 1. Неметаллы - номер 8, страница 78.

Условие.

8. Аммиак объёмом 100,8 л (н. у.) растворили в 386,1 мл 39,2%-го раствора серной кислоты ($ \rho = 1,295 \text{ г/мл} $). Какие вещества содержатся в растворе и каковы их массовые доли?

Решение.

Решение 2.

Дано:

$V(\text{NH}_3) \text{ (н. у.)} = 100,8 \text{ л}$

$V(\text{р-ра } \text{H}_2\text{SO}_4) = 386,1 \text{ мл}$

$w(\text{H}_2\text{SO}_4) = 39,2\% = 0,392$

$\rho(\text{р-ра } \text{H}_2\text{SO}_4) = 1,295 \text{ г/мл}$

Перевод в СИ:

$V(\text{NH}_3) = 100,8 \text{ л} = 100,8 \times 10^{-3} \text{ м}^3 = 0,1008 \text{ м}^3$

$V(\text{р-ра } \text{H}_2\text{SO}_4) = 386,1 \text{ мл} = 386,1 \times 10^{-6} \text{ м}^3$

$\rho(\text{р-ра } \text{H}_2\text{SO}_4) = 1,295 \text{ г/мл} = 1295 \text{ кг/м}^3$

Найти:

Вещества в конечном растворе, $w(\text{веществ}) - ?$

Решение:

1. Найдем количество вещества (моль) аммиака. Так как объем дан при нормальных условиях (н. у.), используем молярный объем газов $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$:

$n(\text{NH}_3) = \frac{V(\text{NH}_3)}{V_m} = \frac{100,8 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 4,5 \text{ моль}$

2. Найдем массу и количество вещества серной кислоты в исходном растворе.

Масса раствора серной кислоты:

$m(\text{р-ра } \text{H}_2\text{SO}_4) = V(\text{р-ра } \text{H}_2\text{SO}_4) \times \rho(\text{р-ра } \text{H}_2\text{SO}_4) = 386,1 \text{ мл} \times 1,295 \text{ г/мл} \approx 500 \text{ г}$

Масса чистой серной кислоты:

$m(\text{H}_2\text{SO}_4) = m(\text{р-ра } \text{H}_2\text{SO}_4) \times w(\text{H}_2\text{SO}_4) = 500 \text{ г} \times 0,392 = 196 \text{ г}$

Молярная масса серной кислоты: $M(\text{H}_2\text{SO}_4) = 2 \times 1 + 32 + 4 \times 16 = 98 \text{ г/моль}$.

Количество вещества серной кислоты:

$n(\text{H}_2\text{SO}_4) = \frac{m(\text{H}_2\text{SO}_4)}{M(\text{H}_2\text{SO}_4)} = \frac{196 \text{ г}}{98 \text{ г/моль}} = 2 \text{ моль}$

3. Определим, какое из веществ в избытке. Аммиак реагирует с серной кислотой с образованием сульфата аммония. Реакция протекает до конца, так как аммиак является основанием, а серная кислота - сильной кислотой.

$2\text{NH}_3 + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow (\text{NH}_4)_2\text{SO}_4$

По уравнению реакции, на 1 моль кислоты требуется 2 моль аммиака. Сравним мольное соотношение реагентов:

$\frac{n(\text{NH}_3)}{n(\text{H}_2\text{SO}_4)} = \frac{4,5 \text{ моль}}{2 \text{ моль}} = 2,25$

Поскольку соотношение $2,25 > 2$, аммиак находится в избытке, а серная кислота является лимитирующим реагентом и прореагирует полностью.

4. Рассчитаем количества веществ в конечном растворе. Расчет ведем по недостатку (по серной кислоте).

Количество прореагировавшего аммиака:

$n_{реаг.}(\text{NH}_3) = 2 \times n(\text{H}_2\text{SO}_4) = 2 \times 2 \text{ моль} = 4 \text{ моль}$

Количество избыточного аммиака, оставшегося в растворе:

$n_{изб.}(\text{NH}_3) = n_{исх.}(\text{NH}_3) - n_{реаг.}(\text{NH}_3) = 4,5 \text{ моль} - 4 \text{ моль} = 0,5 \text{ моль}$

Масса избыточного аммиака ($M(\text{NH}_3) = 17 \text{ г/моль}$):

$m_{изб.}(\text{NH}_3) = n_{изб.}(\text{NH}_3) \times M(\text{NH}_3) = 0,5 \text{ моль} \times 17 \text{ г/моль} = 8,5 \text{ г}$

Количество образовавшегося сульфата аммония равно количеству прореагировавшей кислоты:

$n((\text{NH}_4)_2\text{SO}_4) = n(\text{H}_2\text{SO}_4) = 2 \text{ моль}$

Масса сульфата аммония ($M((\text{NH}_4)_2\text{SO}_4) = 132 \text{ г/моль}$):

$m((\text{NH}_4)_2\text{SO}_4) = n((\text{NH}_4)_2\text{SO}_4) \times M((\text{NH}_4)_2\text{SO}_4) = 2 \text{ моль} \times 132 \text{ г/моль} = 264 \text{ г}$

Таким образом, в конечном растворе содержатся сульфат аммония $((\text{NH}_4)_2\text{SO}_4)$, избыточный аммиак $(\text{NH}_3)$ и вода $(\text{H}_2\text{O})$, которая была в исходном растворе кислоты.

5. Найдем массу конечного раствора и массовые доли растворенных веществ.

Масса конечного раствора равна сумме массы исходного раствора кислоты и массы всего растворенного аммиака.

Масса исходного аммиака:

$m_{исх.}(\text{NH}_3) = n_{исх.}(\text{NH}_3) \times M(\text{NH}_3) = 4,5 \text{ моль} \times 17 \text{ г/моль} = 76,5 \text{ г}$

Масса конечного раствора:

$m_{конечн. р-ра} = m(\text{р-ра } \text{H}_2\text{SO}_4) + m_{исх.}(\text{NH}_3) = 500 \text{ г} + 76,5 \text{ г} = 576,5 \text{ г}$

Массовая доля сульфата аммония в конечном растворе:

$w((\text{NH}_4)_2\text{SO}_4) = \frac{m((\text{NH}_4)_2\text{SO}_4)}{m_{конечн. р-ра}} = \frac{264 \text{ г}}{576,5 \text{ г}} \times 100\% \approx 45,79\%$

Массовая доля избыточного аммиака в конечном растворе:

$w(\text{NH}_3) = \frac{m_{изб.}(\text{NH}_3)}{m_{конечн. р-ра}} = \frac{8,5 \text{ г}}{576,5 \text{ г}} \times 100\% \approx 1,47\%$

Ответ:

В конечном растворе содержатся сульфат аммония $((\text{NH}_4)_2\text{SO}_4)$ и аммиак $(\text{NH}_3)$. Их массовые доли, округленные до десятых, составляют: $w((\text{NH}_4)_2\text{SO}_4) \approx 45,8\%$, $w(\text{NH}_3) \approx 1,5\%$.