Номер 10, страница 169 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 35. Алюминий — химический элемент и простое вещество. Глава 3. Металлы главных подгрупп - номер 10, страница 169.

Условие.

10. Нитрид алюминия $AlN$ получают взаимодействием порошка алюминия с аммиаком при $1000^\circ C$. Определите массу нитрида, который можно получить из 8.1 г алюминия и 8.96 л аммиака (н. у.).

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(Al) = 8.1 \text{ г}$

$V(NH_3) = 8.96 \text{ л (н.у.)}$

$t = 1000 \text{ °C}$

Перевод всех данных в систему СИ:

$m(Al) = 0.0081 \text{ кг}$

$V(NH_3) = 0.00896 \text{ м}^3$

$T = 1000 + 273.15 = 1273.15 \text{ К}$

Найти:

$m(AlN) - ?$

Решение:

1. Сначала запишем уравнение химической реакции взаимодействия порошка алюминия с аммиаком при нагревании. В результате реакции образуется нитрид алюминия и выделяется водород:

$2Al + 2NH_3 \xrightarrow{t} 2AlN + 3H_2\uparrow$

2. Чтобы определить, какое из исходных веществ находится в недостатке, необходимо рассчитать их количества (в молях). Для этого нам понадобятся молярные массы и молярный объем газа при нормальных условиях.

Молярная масса алюминия ($Al$):

$M(Al) = 27 \text{ г/моль}$

Молярный объем газа при нормальных условиях (н.у.):

$V_m = 22.4 \text{ л/моль}$

3. Рассчитаем количество вещества алюминия:

$n(Al) = \frac{m(Al)}{M(Al)} = \frac{8.1 \text{ г}}{27 \text{ г/моль}} = 0.3 \text{ моль}$

Рассчитаем количество вещества аммиака ($NH_3$):

$n(NH_3) = \frac{V(NH_3)}{V_m} = \frac{8.96 \text{ л}}{22.4 \text{ л/моль}} = 0.4 \text{ моль}$

4. Теперь определим, какой из реагентов является лимитирующим. Согласно уравнению реакции, алюминий и аммиак реагируют в мольном соотношении $2:2$ или $1:1$.

$\frac{n_{теор}(Al)}{2} = \frac{n_{теор}(NH_3)}{2}$

У нас есть $0.3 \text{ моль } Al$ и $0.4 \text{ моль } NH_3$.

Чтобы полностью прореагировали $0.3 \text{ моль } Al$, потребуется $0.3 \text{ моль } NH_3$. Поскольку у нас в наличии $0.4 \text{ моль } NH_3$ ($0.4 > 0.3$), аммиак находится в избытке, а алюминий — в недостатке. Расчет массы продукта будем вести по лимитирующему реагенту, то есть по алюминию.

5. По уравнению реакции определим количество вещества нитрида алюминия ($AlN$), которое образуется в результате реакции.

Соотношение количеств алюминия и нитрида алюминия составляет $2:2$ или $1:1$:

$\frac{n(Al)}{2} = \frac{n(AlN)}{2} \implies n(AlN) = n(Al)$

$n(AlN) = 0.3 \text{ моль}$

6. Наконец, рассчитаем массу образовавшегося нитрида алюминия, зная его количество вещества и молярную массу.

Молярная масса нитрида алюминия ($AlN$):

$M(AlN) = M(Al) + M(N) = 27 + 14 = 41 \text{ г/моль}$

Масса нитрида алюминия:

$m(AlN) = n(AlN) \cdot M(AlN) = 0.3 \text{ моль} \cdot 41 \text{ г/моль} = 12.3 \text{ г}$

Ответ: можно получить 12,3 г нитрида алюминия.