Номер 10, страница 76 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

8. Азот, фосфор и их соединения. Упражнения и задачи для самостоятельного решения - номер 10, страница 76.

Условие.

10. Найдите массу азота, необходимого для синтеза 33,2 г нитрида кальция, учитывая, что реакция проходит с выходом 90 %.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m_{практ}(Ca_3N_2) = 33,2 \text{ г}$

$\eta \text{ (выход реакции)} = 90\% = 0,9$

Найти:

$m(N_2) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции синтеза нитрида кальция:

$3Ca + N_2 \rightarrow Ca_3N_2$

2. Данная в условии масса нитрида кальция (33,2 г) является практическим выходом продукта. Для проведения расчетов по уравнению реакции необходимо определить теоретическую массу $Ca_3N_2$, то есть массу, которая получилась бы при 100%-ном выходе.

Выход продукта реакции ($\eta$) рассчитывается по формуле:

$\eta = \frac{m_{практ}}{m_{теор}}$

Отсюда выразим теоретическую массу нитрида кальция:

$m_{теор}(Ca_3N_2) = \frac{m_{практ}(Ca_3N_2)}{\eta} = \frac{33,2 \text{ г}}{0,9} \approx 36,89 \text{ г}$

3. Рассчитаем молярные массы необходимых нам веществ: азота ($N_2$) и нитрида кальция ($Ca_3N_2$).

$M(N_2) = 2 \times 14,007 \approx 28 \text{ г/моль}$

$M(Ca_3N_2) = 3 \times 40,08 + 2 \times 14,007 = 120,24 + 28,014 = 148,254 \approx 148 \text{ г/моль}$ (используем округленные значения для удобства: Ca=40, N=14)

$M(N_2) = 2 \times 14 = 28 \text{ г/моль}$

$M(Ca_3N_2) = 3 \times 40 + 2 \times 14 = 148 \text{ г/моль}$

4. Найдем количество вещества (в молях) теоретически полученного нитрида кальция:

$n_{теор}(Ca_3N_2) = \frac{m_{теор}(Ca_3N_2)}{M(Ca_3N_2)} = \frac{36,89 \text{ г}}{148 \text{ г/моль}} \approx 0,249 \text{ моль}$

5. По уравнению реакции $3Ca + N_2 \rightarrow Ca_3N_2$ видно, что для образования 1 моль нитрида кальция требуется 1 моль молекулярного азота. Следовательно, их количества вещества соотносятся как 1:1.

$n(N_2) = n_{теор}(Ca_3N_2) \approx 0,249 \text{ моль}$

6. Наконец, рассчитаем массу азота, которая вступила в реакцию:

$m(N_2) = n(N_2) \times M(N_2) = 0,249 \text{ моль} \times 28 \text{ г/моль} \approx 6,972 \text{ г}$

Для большей точности можно провести расчеты без промежуточных округлений:

$m(N_2) = \frac{m_{практ}(Ca_3N_2)}{\eta \times M(Ca_3N_2)} \times M(N_2) = \frac{33,2 \text{ г}}{0,9 \times 148 \text{ г/моль}} \times 28 \text{ г/моль} \approx 6,98 \text{ г}$

Ответ: масса азота, необходимого для синтеза, составляет 6,98 г.