Номер 13, страница 348 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 48. Углерод и его соединения - номер 13, страница 348.

Условие.

13. Навеску смеси безводного карбоната аммония ($ (NH_4)_2CO_3 $) и кристаллической соды ($ Na_2CO_3 \cdot 10H_2O $) обработали избытком гидроксида натрия ($ NaOH $). При этом образовался газ объёмом 11,2 л (н. у.). Если такую же навеску смеси обработать азотной кислотой ($ HNO_3 $), образуется 6,72 л (н. у.) газа. Вычислите массовую долю карбоната аммония в исходной смеси.

Решение.

Решение 2.

Дано:

Смесь: (NH₄)₂CO₃ и Na₂CO₃·10H₂O
$V_1(\text{газ при обработке NaOH}) = 11,2$ л (н. у.)
$V_2(\text{газ при обработке HNO₃}) = 6,72$ л (н. у.)

Найти:

$\omega((NH₄)₂CO₃) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнения реакций, происходящих при обработке смеси избытком гидроксида натрия. Карбонат аммония, как соль слабого основания и слабой кислоты, реагирует со щелочью с выделением аммиака. Кристаллическая сода (карбонат натрия) со щелочью не реагирует.

$(NH₄)₂CO₃ + 2NaOH \rightarrow Na₂CO₃ + 2NH₃\uparrow + 2H₂O$

Газ, который выделяется в этой реакции, — это аммиак ($NH₃$). Найдем его количество вещества (моль), используя молярный объем газа при нормальных условиях ($V_m = 22,4$ л/моль):

$n(NH₃) = \frac{V(NH₃)}{V_m} = \frac{11,2 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,5 \text{ моль}$

По уравнению реакции, количество вещества карбоната аммония в два раза меньше количества вещества выделившегося аммиака:

$n((NH₄)₂CO₃) = \frac{1}{2} n(NH₃) = \frac{1}{2} \cdot 0,5 \text{ моль} = 0,25 \text{ моль}$

Вычислим молярную массу карбоната аммония:

$M((NH₄)₂CO₃) = (14 + 1 \cdot 4) \cdot 2 + 12 + 16 \cdot 3 = 18 \cdot 2 + 12 + 48 = 96 \text{ г/моль}$

Теперь найдем массу карбоната аммония в исходной смеси:

$m((NH₄)₂CO₃) = n((NH₄)₂CO₃) \cdot M((NH₄)₂CO₃) = 0,25 \text{ моль} \cdot 96 \text{ г/моль} = 24 \text{ г}$

2. Запишем уравнения реакций, происходящих при обработке смеси азотной кислотой. Оба компонента смеси (карбонаты) будут реагировать с кислотой с выделением углекислого газа ($CO₂$).

$(NH₄)₂CO₃ + 2HNO₃ \rightarrow 2NH₄NO₃ + CO₂\uparrow + H₂O$

$Na₂CO₃ \cdot 10H₂O + 2HNO₃ \rightarrow 2NaNO₃ + CO₂\uparrow + 11H₂O$

Найдем общее количество вещества выделившегося углекислого газа:

$n_{общ}(CO₂) = \frac{V(CO₂)}{V_m} = \frac{6,72 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,3 \text{ моль}$

Общее количество вещества $CO₂$ складывается из количества газа, выделившегося в обеих реакциях. Согласно уравнениям, $n(CO₂) = n(\text{карбоната})$.

$n_{общ}(CO₂) = n((NH₄)₂CO₃) + n(Na₂CO₃ \cdot 10H₂O)$

Мы уже знаем количество вещества карбоната аммония ($0,25$ моль). Найдем количество вещества кристаллической соды:

$n(Na₂CO₃ \cdot 10H₂O) = n_{общ}(CO₂) - n((NH₄)₂CO₃) = 0,3 \text{ моль} - 0,25 \text{ моль} = 0,05 \text{ моль}$

Вычислим молярную массу кристаллической соды:

$M(Na₂CO₃ \cdot 10H₂O) = 23 \cdot 2 + 12 + 16 \cdot 3 + 10 \cdot (1 \cdot 2 + 16) = 106 + 180 = 286 \text{ г/моль}$

Найдем массу кристаллической соды в смеси:

$m(Na₂CO₃ \cdot 10H₂O) = n(Na₂CO₃ \cdot 10H₂O) \cdot M(Na₂CO₃ \cdot 10H₂O) = 0,05 \text{ моль} \cdot 286 \text{ г/моль} = 14,3 \text{ г}$

3. Найдем общую массу исходной смеси и вычислим массовую долю карбоната аммония.

$m_{смеси} = m((NH₄)₂CO₃) + m(Na₂CO₃ \cdot 10H₂O) = 24 \text{ г} + 14,3 \text{ г} = 38,3 \text{ г}$

$\omega((NH₄)₂CO₃) = \frac{m((NH₄)₂CO₃)}{m_{смеси}} \cdot 100\% = \frac{24 \text{ г}}{38,3 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 62,66\%$

Ответ: массовая доля карбоната аммония в исходной смеси составляет 62,66%.