Номер 22, страница 8 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

Упражнения и задачи для самостоятельного решения. 1. Задачи на вычисление количества, массы или объёма продукта реакции, если одно из исходных веществ взято в избытке - номер 22, страница 8.

Условие.

22. К $90,1 \text{ мл}$ $12\%$-ного раствора аммиачной селитры (плотность $1,11 \text{ г/мл}$) добавили $75 \text{ г}$ $25\%$-ного раствора гидроксида калия. Раствор выпарили, остаток прокалили при температуре $500\text{–}600°C$. Рассчитайте массы веществ в твёрдом остатке после прокаливания.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$V_{\text{р-ра}}(NH_4NO_3) = 90,1 \text{ мл}$

$\omega(NH_4NO_3) = 12\% = 0,12$

$\rho_{\text{р-ра}}(NH_4NO_3) = 1,11 \text{ г/мл}$

$m_{\text{р-ра}}(KOH) = 75 \text{ г}$

$\omega(KOH) = 25\% = 0,25$

$t_{\text{прокаливания}} = 500-600 \text{ °C}$

Найти:

$m_{\text{веществ в твердом остатке}} - ?$

Решение:

1. Рассчитаем массу раствора аммиачной селитры ($NH_4NO_3$):

$m_{\text{р-ра}}(NH_4NO_3) = V_{\text{р-ра}}(NH_4NO_3) \cdot \rho_{\text{р-ра}}(NH_4NO_3) = 90,1 \text{ мл} \cdot 1,11 \text{ г/мл} = 100,011 \text{ г}$

2. Найдем массу и количество вещества чистой аммиачной селитры:

$m(NH_4NO_3) = m_{\text{р-ра}}(NH_4NO_3) \cdot \omega(NH_4NO_3) = 100,011 \text{ г} \cdot 0,12 = 12,00132 \text{ г}$

Молярная масса аммиачной селитры:

$M(NH_4NO_3) = 14 + 4 \cdot 1 + 14 + 3 \cdot 16 = 80 \text{ г/моль}$

Количество вещества аммиачной селитры:

$n(NH_4NO_3) = \frac{m(NH_4NO_3)}{M(NH_4NO_3)} = \frac{12,00132 \text{ г}}{80 \text{ г/моль}} \approx 0,15 \text{ моль}$

3. Найдем массу и количество вещества чистого гидроксида калия ($KOH$):

$m(KOH) = m_{\text{р-ра}}(KOH) \cdot \omega(KOH) = 75 \text{ г} \cdot 0,25 = 18,75 \text{ г}$

Молярная масса гидроксида калия:

$M(KOH) = 39 + 16 + 1 = 56 \text{ г/моль}$

Количество вещества гидроксида калия:

$n(KOH) = \frac{m(KOH)}{M(KOH)} = \frac{18,75 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} \approx 0,3348 \text{ моль}$

4. При смешивании растворов протекает реакция обмена. Запишем уравнение реакции и определим, какое вещество находится в недостатке:

$NH_4NO_3 + KOH \rightarrow KNO_3 + NH_3 \uparrow + H_2O$

По уравнению реакции вещества реагируют в мольном соотношении $1:1$.

Сравним количества веществ: $n(NH_4NO_3) = 0,15 \text{ моль}$ и $n(KOH) = 0,3348 \text{ моль}$.

Так как $0,15 < 0,3348$, аммиачная селитра находится в недостатке и прореагирует полностью. Гидроксид калия взят в избытке.

5. Рассчитаем количество избыточного гидроксида калия и количество образовавшегося нитрата калия ($KNO_3$):

В реакцию вступит $0,15 \text{ моль } KOH$.

$n_{\text{изб}}(KOH) = n_{\text{исх}}(KOH) - n_{\text{реаг}}(KOH) = 0,3348 - 0,15 = 0,1848 \text{ моль}$

Количество образовавшегося нитрата калия равно количеству прореагировавшей аммиачной селитры:

$n(KNO_3) = n(NH_4NO_3) = 0,15 \text{ моль}$

6. После выпаривания раствора (удаления воды и аммиака) твердый остаток будет состоять из нитрата калия и избытка гидроксида калия.

При прокаливании этого остатка при температуре 500–600 °C нитрат калия разлагается, а гидроксид калия является термостойким и не изменяется.

Уравнение разложения нитрата калия:

$2KNO_3 \xrightarrow{t} 2KNO_2 + O_2 \uparrow$

Из уравнения следует, что из $2$ моль $KNO_3$ образуется $2$ моль нитрита калия ($KNO_2$), то есть $n(KNO_2) = n(KNO_3)$.

$n(KNO_2) = 0,15 \text{ моль}$

7. Рассчитаем массы веществ в твердом остатке после прокаливания. Остаток состоит из нитрита калия ($KNO_2$) и гидроксида калия ($KOH$).

Молярная масса нитрита калия:

$M(KNO_2) = 39 + 14 + 2 \cdot 16 = 85 \text{ г/моль}$

Масса нитрита калия:

$m(KNO_2) = n(KNO_2) \cdot M(KNO_2) = 0,15 \text{ моль} \cdot 85 \text{ г/моль} = 12,75 \text{ г}$

Масса избыточного гидроксида калия:

$m_{\text{изб}}(KOH) = n_{\text{изб}}(KOH) \cdot M(KOH) = 0,1848 \text{ моль} \cdot 56 \text{ г/моль} \approx 10,35 \text{ г}$

Ответ: в твердом остатке после прокаливания содержатся нитрит калия ($KNO_2$) массой 12,75 г и гидроксид калия ($KOH$) массой 10,35 г.