Номер B, страница 167 - гдз по химии 9 класс учебник Усманова, Сакарьянова

B

1. Напишите ионное уравнение взаимодействия соли аммония и щелочи. Рассчитайте объем (н.у.) аммиака, который выделится из хлорида аммония при воздействии на него 250 мл раствора гидроксида натрия концентрацией $20 \text{ моль/л}$. Какова масса $NH_4Cl$, использованная в этой реакции?

Ответ: $11,2 \text{ л } NH_3$, $26,75 \text{ г } NH_4Cl$.

2. Определите объемные доли газов в образовавшейся смеси при разложении 30% аммиака.

Ответ: $53,85\% \text{ } NH_3$, $34,61\% \text{ } H_2$, $11,54\% \text{ } N_2$.

1. Взаимодействие соли аммония (например, хлорида аммония $NH_4Cl$) со щелочью (например, гидроксидом натрия $NaOH$) описывается следующим молекулярным уравнением:

$NH_4Cl + NaOH \rightarrow NaCl + NH_3\uparrow + H_2O$

Полное ионное уравнение:

$NH_4^+ + Cl^- + Na^+ + OH^- \rightarrow Na^+ + Cl^- + NH_3\uparrow + H_2O$

Сокращенное ионное уравнение (после исключения ионов-наблюдателей $Na^+$ и $Cl^-$) показывает суть реакции – взаимодействие иона аммония с гидроксид-ионом:

$NH_4^+ + OH^- \rightarrow NH_3\uparrow + H_2O$

Для решения расчетной задачи:

Дано:

$V(р-ра NaOH) = 250 \text{ мл}$

$C(NaOH) = 2,0 \text{ моль/л}$*

$V(р-ра NaOH) = 250 \cdot 10^{-3} \text{ л} = 0,25 \text{ л}$

*Примечание: В условии задачи, вероятно, допущена опечатка в концентрации ($20 \text{ моль/л}$ является чрезвычайно высокой). Расчет произведен для концентрации $2,0 \text{ моль/л}$, что приводит к ответу, указанному в задании.

Найти:

$V(NH_3) - ?$

$m(NH_4Cl) - ?$

Решение:

1. Уравнение реакции:

$NH_4Cl + NaOH \rightarrow NaCl + NH_3\uparrow + H_2O$

2. Найдем количество вещества гидроксида натрия, вступившего в реакцию:

$n(NaOH) = C(NaOH) \cdot V(р-ра NaOH) = 2,0 \text{ моль/л} \cdot 0,25 \text{ л} = 0,5 \text{ моль}$

3. Согласно уравнению реакции, стехиометрические коэффициенты перед $NaOH$, $NH_4Cl$ и $NH_3$ равны 1. Следовательно, их количества вещества соотносятся как 1:1:1.

$n(NH_3) = n(NH_4Cl) = n(NaOH) = 0,5 \text{ моль}$

4. Рассчитаем объем выделившегося аммиака (при нормальных условиях, н.у.), используя молярный объем газов $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$:

$V(NH_3) = n(NH_3) \cdot V_m = 0,5 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 11,2 \text{ л}$

5. Рассчитаем массу хлорида аммония, использованного в реакции. Сначала найдем его молярную массу:

$M(NH_4Cl) = M(N) + 4 \cdot M(H) + M(Cl) = 14 + 4 \cdot 1 + 35,5 = 53,5 \text{ г/моль}$

Теперь найдем массу:

$m(NH_4Cl) = n(NH_4Cl) \cdot M(NH_4Cl) = 0,5 \text{ моль} \cdot 53,5 \text{ г/моль} = 26,75 \text{ г}$

Ответ: $11,2 \text{ л } NH_3$, $26,75 \text{ г } NH_4Cl$.

2. Решение:

1. Уравнение термического разложения аммиака:

$2NH_3 \rightleftharpoons N_2 + 3H_2$

2. Пусть начальное количество аммиака было $n_0 = 100 \text{ моль}$. По условию, разложилось 30% аммиака.

Количество разложившегося аммиака:

$n_{разл.}(NH_3) = 100 \text{ моль} \cdot 0,30 = 30 \text{ моль}$

3. Рассчитаем количество каждого газа в образовавшейся смеси.

Количество оставшегося аммиака:

$n_{ост.}(NH_3) = n_0 - n_{разл.}(NH_3) = 100 - 30 = 70 \text{ моль}$

Согласно уравнению реакции, из 2 моль $NH_3$ образуется 1 моль $N_2$ и 3 моль $H_2$. Рассчитаем количество образовавшихся азота и водорода:

Количество образовавшегося азота:

$n(N_2) = n_{разл.}(NH_3) \cdot \frac{1}{2} = 30 \text{ моль} \cdot \frac{1}{2} = 15 \text{ моль}$

Количество образовавшегося водорода:

$n(H_2) = n_{разл.}(NH_3) \cdot \frac{3}{2} = 30 \text{ моль} \cdot \frac{3}{2} = 45 \text{ моль}$

4. Найдем общее количество вещества газов в смеси:

$n_{общ.} = n_{ост.}(NH_3) + n(N_2) + n(H_2) = 70 + 15 + 45 = 130 \text{ моль}$

5. Объемная доля газа в смеси равна его мольной доле. Рассчитаем объемные доли ($\phi$) каждого компонента.

$\phi(NH_3) = \frac{n_{ост.}(NH_3)}{n_{общ.}} = \frac{70 \text{ моль}}{130 \text{ моль}} \approx 0,5385 \text{ или } 53,85\%$

$\phi(H_2) = \frac{n(H_2)}{n_{общ.}} = \frac{45 \text{ моль}}{130 \text{ моль}} \approx 0,3461 \text{ или } 34,61\%$

$\phi(N_2) = \frac{n(N_2)}{n_{общ.}} = \frac{15 \text{ моль}}{130 \text{ моль}} \approx 0,1154 \text{ или } 11,54\%$

Ответ: $53,85\% \text{ } NH_3$, $34,61\% \text{ } H_2$, $11,54\% \text{ } N_2$.