Номер 2, страница 21, часть 2 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

2. Определите массу раствора азотной кислоты с массовой долей $HNO_3$, равной 50%, необходимого для получения нитрата аммония массой 1 т, без учета потерь.

Ответ: 1,575 т.

Дано:

$w(HNO_3) = 50\% = 0.5$

$m(NH_4NO_3) = 1$ т

Потери отсутствуют

$m(NH_4NO_3) = 1 \text{ т} = 1000 \text{ кг}$

Найти:

$m_{р-ра}(HNO_3)$

Решение:

1. Составим уравнение химической реакции нейтрализации аммиака азотной кислотой, в результате которой образуется нитрат аммония:

$NH_3 + HNO_3 \rightarrow NH_4NO_3$

Из уравнения реакции следует, что для получения 1 моль нитрата аммония необходим 1 моль азотной кислоты. Стехиометрическое соотношение реагента и продукта $n(HNO_3) : n(NH_4NO_3) = 1:1$.

2. Рассчитаем молярные массы азотной кислоты ($HNO_3$) и нитрата аммония ($NH_4NO_3$), используя относительные атомные массы элементов из Периодической таблицы: $Ar(H)=1$, $Ar(N)=14$, $Ar(O)=16$.

$M(HNO_3) = 1 \cdot Ar(H) + 1 \cdot Ar(N) + 3 \cdot Ar(O) = 1 + 14 + 3 \cdot 16 = 63$ г/моль (или кг/кмоль).

$M(NH_4NO_3) = 2 \cdot Ar(N) + 4 \cdot Ar(H) + 3 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 14 + 4 \cdot 1 + 3 \cdot 16 = 28 + 4 + 48 = 80$ г/моль (или кг/кмоль).

3. Найдем количество вещества (в кмоль) нитрата аммония, масса которого составляет 1 т (1000 кг):

$n(NH_4NO_3) = \frac{m(NH_4NO_3)}{M(NH_4NO_3)} = \frac{1000 \text{ кг}}{80 \text{ кг/кмоль}} = 12.5$ кмоль.

4. Исходя из стехиометрии реакции, количество вещества азотной кислоты, вступившей в реакцию, равно количеству вещества образовавшегося нитрата аммония:

$n(HNO_3) = n(NH_4NO_3) = 12.5$ кмоль.

5. Рассчитаем массу чистой (100%) азотной кислоты, необходимой для реакции:

$m(HNO_3) = n(HNO_3) \cdot M(HNO_3) = 12.5 \text{ кмоль} \cdot 63 \text{ кг/кмоль} = 787.5$ кг.

6. Эта масса чистой кислоты содержится в растворе с массовой долей $HNO_3$ 50%. Найдем массу всего раствора. Массовая доля ($\text{w}$) связана с массой вещества и массой раствора соотношением:

$w(\text{вещества}) = \frac{m(\text{вещества})}{m(\text{раствора})}$

Выразим из формулы массу раствора:

$m_{р-ра}(HNO_3) = \frac{m(HNO_3)}{w(HNO_3)} = \frac{787.5 \text{ кг}}{0.5} = 1575$ кг.

7. Переведем полученное значение массы из килограммов в тонны:

$1575 \text{ кг} = 1.575$ т.

Ответ: 1.575 т.