Номер 11, страница 313 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 44. Аммиак. Соли аммония - номер 11, страница 313.

Условие.

11. В 282,5 мл 10%-ного раствора азотной кислоты (плотность раствора 1,12 г/мл) растворили 1,48 г нитрида кальция. К раствору добавили 4,8 г карбоната аммония. Вычислите массовую долю азотной кислоты в полученном растворе.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$V(\text{р-ра } HNO_3) = 282,5 \text{ мл}$
$\omega(HNO_3) = 10\%$
$\rho(\text{р-ра } HNO_3) = 1,12 \text{ г/мл}$
$m(Ca_3N_2) = 1,48 \text{ г}$
$m((NH_4)_2CO_3) = 4,8 \text{ г}$

$V(\text{р-ра } HNO_3) = 282,5 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3$
$\omega(HNO_3) = 0,10$
$\rho(\text{р-ра } HNO_3) = 1120 \text{ кг/м}^3$
$m(Ca_3N_2) = 1,48 \cdot 10^{-3} \text{ кг}$
$m((NH_4)_2CO_3) = 4,8 \cdot 10^{-3} \text{ кг}$

Найти:

$\omega_{конечная}(HNO_3) - ?$

Решение:

1. Найдем массу исходного раствора азотной кислоты и массу чистой азотной кислоты в нем.

Масса раствора: $m_{р-ра} = V \cdot \rho = 282,5 \text{ мл} \cdot 1,12 \text{ г/мл} = 316,4 \text{ г}$.

Масса чистой $HNO_3$: $m_{исх}(HNO_3) = m_{р-ра} \cdot \omega(HNO_3) = 316,4 \text{ г} \cdot 0,10 = 31,64 \text{ г}$.

2. Рассчитаем исходное количество вещества (моль) азотной кислоты. Молярная масса $M(HNO_3) = 1 + 14 + 3 \cdot 16 = 63 \text{ г/моль}$.

$n_{исх}(HNO_3) = \frac{m_{исх}(HNO_3)}{M(HNO_3)} = \frac{31,64 \text{ г}}{63 \text{ г/моль}} \approx 0,5022 \text{ моль}$.

3. При растворении нитрида кальция в водном растворе кислоты он реагирует с кислотой. Запишем уравнение реакции:

$Ca_3N_2 + 8HNO_3 \rightarrow 3Ca(NO_3)_2 + 2NH_4NO_3$

4. Найдем количество вещества нитрида кальция. Молярная масса $M(Ca_3N_2) = 3 \cdot 40,08 + 2 \cdot 14 = 148,24 \text{ г/моль}$. Для упрощения расчетов используем $148$ г/моль.

$n(Ca_3N_2) = \frac{m(Ca_3N_2)}{M(Ca_3N_2)} = \frac{1,48 \text{ г}}{148 \text{ г/моль}} = 0,01 \text{ моль}$.

5. По уравнению реакции, на 1 моль $Ca_3N_2$ расходуется 8 моль $HNO_3$. Найдем количество вещества кислоты, вступившей в реакцию:

$n_{реаг1}(HNO_3) = 8 \cdot n(Ca_3N_2) = 8 \cdot 0,01 \text{ моль} = 0,08 \text{ моль}$.

6. К полученному раствору добавили карбонат аммония, который также реагирует с оставшейся азотной кислотой с выделением углекислого газа:

$(NH_4)_2CO_3 + 2HNO_3 \rightarrow 2NH_4NO_3 + H_2O + CO_2\uparrow$

7. Найдем количество вещества карбоната аммония. Молярная масса $M((NH_4)_2CO_3) = (14 + 4 \cdot 1) \cdot 2 + 12 + 3 \cdot 16 = 96 \text{ г/моль}$.

$n((NH_4)_2CO_3) = \frac{m((NH_4)_2CO_3)}{M((NH_4)_2CO_3)} = \frac{4,8 \text{ г}}{96 \text{ г/моль}} = 0,05 \text{ моль}$.

8. По уравнению реакции, на 1 моль $(NH_4)_2CO_3$ расходуется 2 моль $HNO_3$. Найдем количество вещества кислоты, вступившей в эту реакцию:

$n_{реаг2}(HNO_3) = 2 \cdot n((NH_4)_2CO_3) = 2 \cdot 0,05 \text{ моль} = 0,10 \text{ моль}$.

9. Найдем общее количество вещества израсходованной кислоты и оставшееся количество.

$n_{общ.реаг}(HNO_3) = n_{реаг1}(HNO_3) + n_{реаг2}(HNO_3) = 0,08 + 0,10 = 0,18 \text{ моль}$.

$n_{ост}(HNO_3) = n_{исх}(HNO_3) - n_{общ.реаг}(HNO_3) = 0,5022 - 0,18 = 0,3222 \text{ моль}$.

10. Рассчитаем массу оставшейся в растворе азотной кислоты:

$m_{ост}(HNO_3) = n_{ост}(HNO_3) \cdot M(HNO_3) = 0,3222 \text{ моль} \cdot 63 \text{ г/моль} \approx 20,3 \text{ г}$.

11. Теперь найдем массу конечного раствора. Она равна массе исходного раствора плюс массы добавленных веществ минус масса улетевшего газа ($CO_2$).

По уравнению реакции (6) количество вещества $CO_2$ равно количеству вещества $(NH_4)_2CO_3$.

$n(CO_2) = n((NH_4)_2CO_3) = 0,05 \text{ моль}$.

Масса выделившегося углекислого газа: $m(CO_2) = n(CO_2) \cdot M(CO_2) = 0,05 \text{ моль} \cdot 44 \text{ г/моль} = 2,2 \text{ г}$.

Масса конечного раствора: $m_{р-ра\_конечн} = m_{р-ра} + m(Ca_3N_2) + m((NH_4)_2CO_3) - m(CO_2)$

$m_{р-ра\_конечн} = 316,4 \text{ г} + 1,48 \text{ г} + 4,8 \text{ г} - 2,2 \text{ г} = 320,48 \text{ г}$.

12. Вычислим массовую долю азотной кислоты в полученном растворе:

$\omega_{конечная}(HNO_3) = \frac{m_{ост}(HNO_3)}{m_{р-ра\_конечн}} \cdot 100\% = \frac{20,3 \text{ г}}{320,48 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 6,33\%$

Ответ: массовая доля азотной кислоты в полученном растворе составляет 6,33%.