Номер 3, страница 21, часть 2 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

3. Для производства аммиачной селитры использовали аммиак объемом 15 $м^3$ (н.у.) и 32 кг 98%-ного раствора азотной кислоты. Вычислите массу полученного удобрения, если его выход составляет 75% от теоретического.

Ответ: 29,9 кг.

Дано:

$V(NH_3) = 15 \text{ м³}$

$m_{раствора}(HNO_3) = 32 \text{ кг}$

$\omega(HNO_3) = 98\% = 0.98$

$\eta = 75\% = 0.75$

Найти:

$m_{практ.}(NH_4NO_3) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции между аммиаком и азотной кислотой с образованием нитрата аммония (аммиачной селитры):

$NH_3 + HNO_3 \rightarrow NH_4NO_3$

По уравнению реакции, стехиометрическое соотношение реагентов и продукта составляет 1:1:1.

2. Вычислим количество вещества (в киломолях) каждого из реагентов.

Количество вещества аммиака. Аммиак находится в газообразном состоянии при нормальных условиях (н.у.), поэтому используем молярный объем газов $V_m = 22.4 \text{ м³/кмоль}$.

$n(NH_3) = \frac{V(NH_3)}{V_m} = \frac{15 \text{ м³}}{22.4 \text{ м³/кмоль}} \approx 0.6696 \text{ кмоль}$

Количество вещества азотной кислоты. Сначала найдем массу чистой азотной кислоты в растворе:

$m(HNO_3) = m_{раствора}(HNO_3) \times \omega(HNO_3) = 32 \text{ кг} \times 0.98 = 31.36 \text{ кг}$

Вычислим количество вещества $HNO_3$, используя ее молярную массу. Молярная масса $M(HNO_3) = 1 + 14 + 3 \times 16 = 63 \text{ г/моль} = 63 \text{ кг/кмоль}$.

$n(HNO_3) = \frac{m(HNO_3)}{M(HNO_3)} = \frac{31.36 \text{ кг}}{63 \text{ кг/кмоль}} \approx 0.4978 \text{ кмоль}$

3. Определим лимитирующий реагент, сравнив количества веществ реагентов.

$n(NH_3) \approx 0.6696 \text{ кмоль}$

$n(HNO_3) \approx 0.4978 \text{ кмоль}$

Поскольку для реакции требуется равное молярное количество аммиака и азотной кислоты (соотношение 1:1), а количество азотной кислоты меньше, чем количество аммиака ($0.4978 < 0.6696$), то $HNO_3$ является лимитирующим реагентом. Все дальнейшие расчеты проводятся по нему.

4. Рассчитаем теоретическую массу аммиачной селитры $NH_4NO_3$.

Из уравнения реакции следует, что количество вещества образовавшейся аммиачной селитры равно количеству вещества прореагировавшей азотной кислоты:

$n_{теор.}(NH_4NO_3) = n(HNO_3) \approx 0.4978 \text{ кмоль}$

Молярная масса аммиачной селитры $M(NH_4NO_3) = 2 \times 14 + 4 \times 1 + 3 \times 16 = 80 \text{ г/моль} = 80 \text{ кг/кмоль}$.

Теоретическая масса продукта:

$m_{теор.}(NH_4NO_3) = n_{теор.}(NH_4NO_3) \times M(NH_4NO_3) \approx 0.4978 \text{ кмоль} \times 80 \text{ кг/кмоль} \approx 39.824 \text{ кг}$

5. Вычислим практическую массу полученного удобрения, учитывая, что выход составляет 75% от теоретического.

$m_{практ.}(NH_4NO_3) = m_{теор.}(NH_4NO_3) \times \eta \approx 39.824 \text{ кг} \times 0.75 = 29.868 \text{ кг}$

Округляя результат до десятых, получаем 29.9 кг.

Ответ: 29,9 кг.