Номер 9, страница 313 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 44. Аммиак. Соли аммония - номер 9, страница 313.

Условие.

9. Навеску хлорида аммония массой 10,7 г смешали с гидроксидом натрия массой 10,0 г и нагрели в пробирке с газоотводной трубкой. Полученный газ растворили в 20,0 мл воды. Вычислите массовую долю аммиака в растворе. Рассчитайте массу 10%-ного раствора азотной кислоты, которая потребуется для нейтрализации аммиака.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(NH_4Cl) = 10,7 \text{ г}$
$m(NaOH) = 10,0 \text{ г}$
$V(H_2O) = 20,0 \text{ мл}$
$\omega(HNO_3) = 10\% = 0,10$

Перевод данных в систему СИ:
$m(NH_4Cl) = 0,0107 \text{ кг}$
$m(NaOH) = 0,0100 \text{ кг}$
$V(H_2O) = 20,0 \text{ мл} = 20,0 \cdot 10^{-6} \text{ м³}$
Примем плотность воды $\rho(H_2O) \approx 1000 \text{ кг/м³}$.
$m(H_2O) = V(H_2O) \cdot \rho(H_2O) = 20,0 \cdot 10^{-6} \text{ м³} \cdot 1000 \text{ кг/м³} = 0,0200 \text{ кг}$

Найти:

$\omega(NH_3) - ?$
$m_{\text{раствора}}(HNO_3) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции между хлоридом аммония и гидроксидом натрия при нагревании:
$NH_4Cl + NaOH \xrightarrow{t} NaCl + H_2O + NH_3\uparrow$
По этому уравнению из 1 моль $NH_4Cl$ и 1 моль $NaOH$ образуется 1 моль аммиака $NH_3$.

2. Рассчитаем молярные массы и количества вещества реагентов. Для удобства вычисления будем проводить в граммах.
Молярная масса хлорида аммония: $M(NH_4Cl) = 14 + 4 \cdot 1 + 35,5 = 53,5 \text{ г/моль}$.
Молярная масса гидроксида натрия: $M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40,0 \text{ г/моль}$.
Количество вещества хлорида аммония: $n(NH_4Cl) = \frac{m(NH_4Cl)}{M(NH_4Cl)} = \frac{10,7 \text{ г}}{53,5 \text{ г/моль}} = 0,2 \text{ моль}$.
Количество вещества гидроксида натрия: $n(NaOH) = \frac{m(NaOH)}{M(NaOH)} = \frac{10,0 \text{ г}}{40,0 \text{ г/моль}} = 0,25 \text{ моль}$.

3. Определим, какой из реагентов находится в недостатке. Соотношение реагентов по уравнению реакции 1:1. Поскольку $n(NH_4Cl) < n(NaOH)$ (0,2 моль < 0,25 моль), хлорид аммония является лимитирующим реагентом. Расчет продуктов реакции будем вести по нему.

4. Найдем количество вещества и массу выделившегося аммиака.
Согласно уравнению реакции, $n(NH_3) = n(NH_4Cl) = 0,2 \text{ моль}$.
Молярная масса аммиака: $M(NH_3) = 14 + 3 \cdot 1 = 17,0 \text{ г/моль}$.
Масса аммиака: $m(NH_3) = n(NH_3) \cdot M(NH_3) = 0,2 \text{ моль} \cdot 17,0 \text{ г/моль} = 3,4 \text{ г}$.

Вычислите массовую долю аммиака в растворе.

Полученный аммиак растворили в 20,0 мл воды. Найдем массу воды, приняв ее плотность за $1,0 \text{ г/мл}$.
$m(H_2O) = V(H_2O) \cdot \rho(H_2O) = 20,0 \text{ мл} \cdot 1,0 \text{ г/мл} = 20,0 \text{ г}$.
Масса полученного раствора аммиака равна сумме масс растворенного аммиака и воды:
$m_{\text{раствора}} = m(NH_3) + m(H_2O) = 3,4 \text{ г} + 20,0 \text{ г} = 23,4 \text{ г}$.
Массовая доля аммиака в растворе вычисляется по формуле:
$\omega(NH_3) = \frac{m(NH_3)}{m_{\text{раствора}}} \cdot 100\% = \frac{3,4 \text{ г}}{23,4 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 14,5\%$.

Ответ: Массовая доля аммиака в растворе составляет 14,5%.

Рассчитайте массу 10%-ного раствора азотной кислоты, которая потребуется для нейтрализации аммиака.

1. Запишем уравнение реакции нейтрализации аммиака азотной кислотой:
$NH_3 + HNO_3 \rightarrow NH_4NO_3$
По уравнению реакции 1 моль $NH_3$ реагирует с 1 моль $HNO_3$.

2. Найдем количество вещества и массу азотной кислоты, необходимой для реакции.
$n(HNO_3) = n(NH_3) = 0,2 \text{ моль}$.
Молярная масса азотной кислоты: $M(HNO_3) = 1 + 14 + 3 \cdot 16 = 63,0 \text{ г/моль}$.
Масса чистой азотной кислоты: $m(HNO_3) = n(HNO_3) \cdot M(HNO_3) = 0,2 \text{ моль} \cdot 63,0 \text{ г/моль} = 12,6 \text{ г}$.

3. Рассчитаем массу 10%-ного раствора азотной кислоты.
Масса раствора находится по формуле: $m_{\text{раствора}}(HNO_3) = \frac{m(HNO_3)}{\omega(HNO_3)}$.
$m_{\text{раствора}}(HNO_3) = \frac{12,6 \text{ г}}{0,10} = 126 \text{ г}$.

Ответ: Потребуется 126 г 10%-ного раствора азотной кислоты.