Номер 12, страница 320 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 45. Оксиды азота. Азотистая кислота и нитриты - номер 12, страница 320.

Условие.

12. Смешали по 100 г 40%-ных растворов бромида аммония и нитрита натрия при 20 °C. Смесь прокипятили. Вычислите массовые доли солей в полученном после реакции растворе. Испарением воды при кипячении можно пренебречь.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m_{р-ра}(NH_4Br) = 100~г$

$\omega(NH_4Br) = 40\% = 0.4$

$m_{р-ра}(NaNO_2) = 100~г$

$\omega(NaNO_2) = 40\% = 0.4$

Найти:

$\omega_{конечн.}(NaBr) - ?$

$\omega_{конечн.}(NaNO_2) - ?$

Решение:

1. При смешивании растворов бромида аммония и нитрита натрия с последующим кипячением происходит реакция ионного обмена с образованием нитрита аммония, который является неустойчивым и при нагревании разлагается на азот и воду. Суммарное уравнение реакции выглядит следующим образом:

$NH_4Br + NaNO_2 \xrightarrow{t} N_2\uparrow + 2H_2O + NaBr$

2. Рассчитаем массы чистых веществ в исходных растворах:

$m(NH_4Br) = m_{р-ра}(NH_4Br) \cdot \omega(NH_4Br) = 100~г \cdot 0.4 = 40~г$

$m(NaNO_2) = m_{р-ра}(NaNO_2) \cdot \omega(NaNO_2) = 100~г \cdot 0.4 = 40~г$

3. Вычислим молярные массы и количества веществ (моль) реагентов:

$M(NH_4Br) = 14.01 + 1.01 \cdot 4 + 79.90 = 97.95~г/моль$ (для расчетов будем использовать округленное значение 98 г/моль)

$M(NaNO_2) = 22.99 + 14.01 + 16.00 \cdot 2 = 69.00~г/моль$ (для расчетов будем использовать округленное значение 69 г/моль)

$n(NH_4Br) = \frac{m(NH_4Br)}{M(NH_4Br)} = \frac{40~г}{98~г/моль} \approx 0.4082~моль$

$n(NaNO_2) = \frac{m(NaNO_2)}{M(NaNO_2)} = \frac{40~г}{69~г/моль} \approx 0.5797~моль$

4. Определим лимитирующий реагент. Согласно уравнению реакции, реагенты взаимодействуют в стехиометрическом соотношении 1:1.

Так как $n(NH_4Br) < n(NaNO_2)$, то бромид аммония ($NH_4Br$) находится в недостатке и прореагирует полностью. Расчеты продуктов реакции будем вести по нему.

5. Рассчитаем количества веществ и массы продуктов реакции и оставшегося реагента.

По уравнению реакции, из 0.4082 моль $NH_4Br$ прореагирует 0.4082 моль $NaNO_2$ и образуется 0.4082 моль $NaBr$ и 0.4082 моль $N_2$.

Количество оставшегося нитрита натрия:

$n_{ост.}(NaNO_2) = n_{исх.}(NaNO_2) - n_{прореаг.}(NaNO_2) = 0.5797~моль - 0.4082~моль = 0.1715~моль$

Масса оставшегося нитрита натрия:

$m_{ост.}(NaNO_2) = n_{ост.}(NaNO_2) \cdot M(NaNO_2) = 0.1715~моль \cdot 69~г/моль \approx 11.84~г$

Масса образовавшегося бромида натрия ($NaBr$):

$M(NaBr) = 22.99 + 79.90 = 102.89~г/моль$ (для расчетов будем использовать округленное значение 103 г/моль)

$m(NaBr) = n(NaBr) \cdot M(NaBr) = 0.4082~моль \cdot 103~г/моль \approx 42.04~г$

6. Рассчитаем массу конечного раствора. Общая масса исходных растворов составляла $100~г + 100~г = 200~г$. В ходе реакции выделился газообразный азот, масса которого уменьшила массу раствора. Испарением воды по условию пренебрегаем.

Масса выделившегося азота ($N_2$):

$M(N_2) = 14.01 \cdot 2 = 28.02~г/моль$ (для расчетов будем использовать округленное значение 28 г/моль)

$m(N_2) = n(N_2) \cdot M(N_2) = 0.4082~моль \cdot 28~г/моль \approx 11.43~г$

Масса конечного раствора:

$m_{конечн. р-ра} = m_{исх. р-ров} - m(N_2) = 200~г - 11.43~г = 188.57~г$

7. Вычислим массовые доли солей в полученном растворе.

В конечном растворе содержатся две соли: образовавшийся бромид натрия и оставшийся нитрит натрия.

Массовая доля бромида натрия:

$\omega(NaBr) = \frac{m(NaBr)}{m_{конечн. р-ра}} \cdot 100\% = \frac{42.04~г}{188.57~г} \cdot 100\% \approx 22.29\%$

Массовая доля нитрита натрия:

$\omega(NaNO_2) = \frac{m_{ост.}(NaNO_2)}{m_{конечн. р-ра}} \cdot 100\% = \frac{11.84~г}{188.57~г} \cdot 100\% \approx 6.28\%$

Ответ: массовые доли солей в полученном растворе: $\omega(NaBr) \approx 22.29\%$, $\omega(NaNO_2) \approx 6.28\%$.