Страница 78 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

5. Заполните схему «Области применения азотной кислоты».

тируют с оксидами металлов и гидроксидами металлов и солями

$HNO_3$

Окисление сложных органических веществ

Производство взрывчатых веществ

Производство минеральных удобрений

Получение нитратов

Травление металлов

1) $HNO_3$ + $Cu(OH)_2$

2) $HNO_3$ + $Fe_2O_3$

3) $HNO_3$ + $Zn$

Азотная кислота ($HNO_3$) — одна из важнейших неорганических кислот, имеющая широчайший спектр применения в промышленности и науке. Её уникальные свойства, в частности то, что она является сильной кислотой и мощным окислителем, определяют её ключевую роль во многих технологических процессах. Для заполнения схемы «Области применения азотной кислоты» можно выделить следующие шесть основных направлений:

1. Производство минеральных удобрений. Это крупнейшая сфера применения азотной кислоты. Она служит сырьем для получения азотных удобрений, в первую очередь аммиачной селитры ($NH_4NO_3$) и сложных удобрений. Азот является жизненно важным элементом для растений, и внесение таких удобрений значительно повышает урожайность сельскохозяйственных культур. Реакция получения аммиачной селитры: $HNO_3 + NH_3 \rightarrow NH_4NO_3$.

2. Производство взрывчатых веществ. Способность азотной кислоты нитровать органические соединения (вводить в их молекулу нитрогруппы $-NO_2$) лежит в основе синтеза многих бризантных (дробящих) взрывчатых веществ. Примеры включают тринитротолуол (ТНТ), нитроглицерин (компонент динамита), а также пироксилин (используется для создания бездымного пороха).

3. Металлургия и обработка металлов. Азотная кислота используется для травления металлических поверхностей (удаления оксидов и загрязнений), для гравировки на металлах, а также в гидрометаллургии для извлечения металлов из руд и их разделения. Например, она растворяет медь и серебро. Концентрированная кислота пассивирует некоторые металлы (железо, алюминий, хром), создавая на их поверхности защитную оксидную пленку. Смесь азотной и соляной кислот («царская водка») способна растворять золото и платину.

4. Производство красителей и полимеров. В химической промышленности азотную кислоту применяют для нитрования органических соединений, получая важные полупродукты. Например, нитробензол, получаемый из бензола, является предшественником анилина — основы для синтеза широкого класса анилиновых красителей. Также азотная кислота участвует в производстве адипиновой кислоты, которая является мономером для синтеза полиамида — нейлона.

5. Ракетная техника. Концентрированная азотная кислота (часто в виде так называемой «дымящей» кислоты) выступает в роли мощного окислителя в жидкостных ракетных двигателях. Некоторые виды ракетного топлива (например, гидразин, несимметричный диметилгидразин) воспламеняются при контакте с ней, что позволяет создавать простые и надежные двигательные установки.

6. Фармацевтика и химический анализ. Азотная кислота находит применение в синтезе некоторых лекарственных препаратов. Она также является важным лабораторным реактивом. С её помощью получают различные нитраты, например, нитрат серебра ($AgNO_3$), известный как «ляпис» и применяемый в медицине. В аналитической химии используется для качественного определения белков (ксантопротеиновая реакция).

Ответ: В пустые ячейки схемы «Области применения азотной кислоты» следует вписать: 1. Производство минеральных удобрений; 2. Производство взрывчатых веществ; 3. Металлургия и обработка металлов; 4. Производство красителей и полимеров; 5. Ракетная техника; 6. Фармацевтика и химический анализ.

6. Найдите массу 63%-ного раствора азотной кислоты, полученной из 896 кг оксида азота(IV).

Дано:

Решение:

Дано:

Масса оксида азота(IV), $m(NO_2) = 896 \text{ кг}$

Массовая доля азотной кислоты в растворе, $\omega(HNO_3) = 63\% \text{ или } 0.63$

Масса оксида азота(IV) в системе СИ (граммы): $m(NO_2) = 896 \text{ кг} = 896 \times 10^3 \text{ г}$

Найти:

Массу раствора азотной кислоты, $m(\text{раствора}) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции получения азотной кислоты из оксида азота(IV). В промышленности этот процесс происходит при участии кислорода и воды:

$4NO_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4HNO_3$

2. Рассчитаем молярные массы оксида азота(IV) и азотной кислоты. Для удобства расчетов будем использовать килограммы и киломоли.

Молярная масса оксида азота(IV) ($NO_2$):

$M(NO_2) = 14 + 2 \times 16 = 46 \text{ г/моль} = 46 \text{ кг/кмоль}$

Молярная масса азотной кислоты ($HNO_3$):

$M(HNO_3) = 1 + 14 + 3 \times 16 = 63 \text{ г/моль} = 63 \text{ кг/кмоль}$

3. Найдем количество вещества (в киломолях) оксида азота(IV), вступившего в реакцию:

$\nu(NO_2) = \frac{m(NO_2)}{M(NO_2)} = \frac{896 \text{ кг}}{46 \text{ кг/кмоль}} \approx 19.478 \text{ кмоль}$

4. По уравнению реакции определим количество вещества азотной кислоты, которая образовалась. Согласно стехиометрическим коэффициентам, соотношение количеств веществ $NO_2$ и $HNO_3$ равно 4:4, или 1:1.

$\frac{\nu(NO_2)}{4} = \frac{\nu(HNO_3)}{4} \Rightarrow \nu(HNO_3) = \nu(NO_2)$

$\nu(HNO_3) \approx 19.478 \text{ кмоль}$

5. Вычислим массу чистой азотной кислоты, полученной в результате реакции:

$m(HNO_3) = \nu(HNO_3) \times M(HNO_3) = \frac{896}{46} \text{ кмоль} \times 63 \text{ кг/кмоль} \approx 1227.13 \text{ кг}$

6. Теперь найдем массу 63%-ного раствора азотной кислоты. Массовая доля вещества в растворе определяется по формуле:

$\omega(HNO_3) = \frac{m(HNO_3)}{m(\text{раствора})}$

Отсюда выразим массу раствора:

$m(\text{раствора}) = \frac{m(HNO_3)}{\omega(HNO_3)} = \frac{1227.13 \text{ кг}}{0.63} \approx 1947.8 \text{ кг}$

Проведем более точный расчет, чтобы избежать ошибок округления:

$m(\text{раствора}) = \frac{\frac{896}{46} \times 63}{0.63} = \frac{896}{46} \times \frac{63}{0.63} = \frac{896}{46} \times 100 = \frac{89600}{46} \approx 1947.826 \text{ кг}$

Округлим результат до целого числа.

Ответ: масса 63%-ного раствора азотной кислоты равна 1948 кг.