Номер 2, страница 33, часть 2 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

2*. Сколько 55%-ной азотной кислоты можно получить из 1 т аммиака, если выход продукта окисления в контактном аппарате достигает 98%, а выход кислоты в поглотительных колонках составляет 94%?

Ответ: 6,2 т.

2*.

Дано:

$m(NH_3) = 1$ т

$\omega(HNO_3) = 55\%$

$\eta_1 = 98\%$ (выход продукта окисления)

$\eta_2 = 94\%$ (выход кислоты)

$m(NH_3) = 1000$ кг

$\omega(HNO_3) = 0,55$

$\eta_1 = 0,98$

$\eta_2 = 0,94$

Найти:

$m_{р-ра}(HNO_3) - ?$

Решение:

Процесс получения азотной кислоты из аммиака состоит из трёх основных стадий:

1. Каталитическое окисление аммиака до оксида азота(II):

$4NH_3 + 5O_2 \xrightarrow{кат.} 4No + 6H_2O$

2. Окисление оксида азота(II) до оксида азота(IV):

$2No + O_2 \rightarrow 2NO_2$

3. Поглощение оксида азота(IV) водой в присутствии кислорода с образованием азотной кислоты:

$4NO_2 + 2H_2o + O_2 \rightarrow 4HNO_3$

Из уравнений реакций видно, что стехиометрическое соотношение между исходным аммиаком и конечной азотной кислотой составляет 1:1. Это можно представить в виде суммарной схемы:

$NH_3 \rightarrow HNO_3$

Рассчитаем молярные массы аммиака и азотной кислоты:

$M(NH_3) = 14 + 3 \cdot 1 = 17$ г/моль (или т/кмоль)

$M(HNO_3) = 1 + 14 + 3 \cdot 16 = 63$ г/моль (или т/кмоль)

Найдем теоретическую массу 100%-ной азотной кислоты, которую можно получить из 1 т аммиака, составив пропорцию:

Из 17 т $NH_3$ теоретически получается 63 т $HNO_3$

Из 1 т $NH_3$ теоретически получается $m_{теор}(HNO_3)$

$m_{теор}(HNO_3) = \frac{1 \text{ т} \cdot 63 \text{ т/кмоль}}{17 \text{ т/кмоль}} \approx 3,706$ т

Общий практический выход продукта ($\eta_{общ}$) равен произведению выходов на каждой стадии:

$\eta_{общ} = \eta_1 \cdot \eta_2 = 0,98 \cdot 0,94 = 0,9212$

Теперь найдем практическую массу чистой азотной кислоты, учитывая общий выход:

$m_{практ}(HNO_3) = m_{теор}(HNO_3) \cdot \eta_{общ} = 3,706 \text{ т} \cdot 0,9212 \approx 3,414$ т

Наконец, рассчитаем массу 55%-ного раствора азотной кислоты. Массовая доля вещества в растворе ($\omega$) связана с массой вещества ($m_{вещ}$) и массой раствора ($m_{р-ра}$) формулой $\omega = m_{вещ} / m_{р-ра}$. Отсюда:

$m_{р-ра}(HNO_3) = \frac{m_{практ}(HNO_3)}{\omega(HNO_3)} = \frac{3,414 \text{ т}}{0,55} \approx 6,207$ т

Округляя результат до десятых, получаем 6,2 т.

Ответ: можно получить 6,2 т 55%-ной азотной кислоты.