Номер 14, страница 77 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

8. Азот, фосфор и их соединения. Упражнения и задачи для самостоятельного решения - номер 14, страница 77.

Условие.

14. Смешали 92,2 мл 20 %-ного раствора аммиака (плотность 0,92 г/мл) и 56,6 мл 40 %-ного раствора серной кислоты (плотность 1,3 г/мл). Рассчитайте массовые доли веществ в полученном растворе.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$V(р-ра\ NH_3) = 92,2\ мл$

$w(NH_3) = 20\% = 0,2$

$ρ(р-ра\ NH_3) = 0,92\ г/мл$

$V(р-ра\ H_2SO_4) = 56,6\ мл$

$w(H_2SO_4) = 40\% = 0,4$

$ρ(р-ра\ H_2SO_4) = 1,3\ г/мл$

Найти:

$w_{конечн}(веществ)$ — массовые доли всех веществ в полученном растворе.

Решение:

1. Запишем уравнение реакции между аммиаком и серной кислотой. При взаимодействии основания (аммиака) и кислоты (серной) образуется соль (сульфат аммония) и вода не выделяется, так как реакция идет в водном растворе аммиака:

$2NH_3 + H_2SO_4 \rightarrow (NH_4)_2SO_4$

2. Рассчитаем массы исходных растворов, используя формулу массы $m = V \cdot ρ$.

Масса 20%-ного раствора аммиака:

$m(р-ра\ NH_3) = 92,2\ мл \cdot 0,92\ г/мл = 84,824\ г$

Масса 40%-ного раствора серной кислоты:

$m(р-ра\ H_2SO_4) = 56,6\ мл \cdot 1,3\ г/мл = 73,58\ г$

3. Определим массы чистых реагентов (аммиака и серной кислоты) в растворах по формуле $m_{вещества} = m_{раствора} \cdot w_{вещества}$.

Масса чистого аммиака:

$m(NH_3) = 84,824\ г \cdot 0,2 = 16,9648\ г$

Масса чистой серной кислоты:

$m(H_2SO_4) = 73,58\ г \cdot 0,4 = 29,432\ г$

4. Вычислим количество вещества (в молях) для каждого реагента по формуле $n = m / M$.

Молярная масса аммиака: $M(NH_3) = 14,01 + 3 \cdot 1,01 = 17,04\ г/моль$. Для упрощения будем использовать $M(NH_3) = 17\ г/моль$.

Молярная масса серной кислоты: $M(H_2SO_4) = 2 \cdot 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 98\ г/моль$.

Количество вещества аммиака:

$n(NH_3) = \frac{16,9648\ г}{17\ г/моль} \approx 0,9979\ моль$

Количество вещества серной кислоты:

$n(H_2SO_4) = \frac{29,432\ г}{98\ г/моль} \approx 0,3003\ моль$

5. Определим лимитирующий реагент. По уравнению реакции, на 2 моль $NH_3$ расходуется 1 моль $H_2SO_4$.

Рассчитаем, какое количество аммиака необходимо для полной реакции с имеющейся серной кислотой:

$n_{треб}(NH_3) = 2 \cdot n(H_2SO_4) = 2 \cdot 0,3003\ моль = 0,6006\ моль$

Поскольку исходное количество аммиака ($0,9979\ моль$) больше, чем требуется для реакции ($0,6006\ моль$), аммиак находится в избытке, а серная кислота полностью прореагирует и является лимитирующим реагентом.

6. Рассчитаем массы веществ в конечном растворе.

Количество аммиака, оставшегося после реакции:

$n_{ост}(NH_3) = 0,9979\ моль - 0,6006\ моль = 0,3973\ моль$

Масса оставшегося аммиака:

$m_{ост}(NH_3) = 0,3973\ моль \cdot 17\ г/моль \approx 6,754\ г$

Количество образовавшегося сульфата аммония $ (NH_4)_2SO_4 $ равно количеству прореагировавшей серной кислоты:

$n((NH_4)_2SO_4) = n(H_2SO_4) = 0,3003\ моль$

Молярная масса сульфата аммония: $M((NH_4)_2SO_4) = (14 \cdot 2) + (1 \cdot 8) + 32 + (16 \cdot 4) = 132\ г/моль$.

Масса образовавшегося сульфата аммония:

$m((NH_4)_2SO_4) = 0,3003\ моль \cdot 132\ г/моль \approx 39,640\ г$

Масса воды в конечном растворе равна сумме масс воды в исходных растворах:

$m(H_2O) = m(р-ра\ NH_3) - m(NH_3) + m(р-ра\ H_2SO_4) - m(H_2SO_4)$

$m(H_2O) = (84,824\ г - 16,9648\ г) + (73,58\ г - 29,432\ г) = 67,8592\ г + 44,148\ г = 112,0072\ г$

7. Рассчитаем массу конечного раствора. Она равна сумме масс исходных растворов.

$m_{конечн.р-ра} = m(р-ра\ NH_3) + m(р-ра\ H_2SO_4) = 84,824\ г + 73,58\ г = 158,404\ г$

8. Рассчитаем массовые доли веществ в полученном растворе по формуле $w = \frac{m_{вещества}}{m_{раствора}} \cdot 100\%$.

Массовая доля оставшегося аммиака:

$w_{ост}(NH_3) = \frac{6,754\ г}{158,404\ г} \cdot 100\% \approx 4,26\%$

Массовая доля сульфата аммония:

$w((NH_4)_2SO_4) = \frac{39,640\ г}{158,404\ г} \cdot 100\% \approx 25,02\%$

Массовая доля воды:

$w(H_2O) = \frac{112,0072\ г}{158,404\ г} \cdot 100\% \approx 70,71\%$

Проверка: $4,26\% + 25,02\% + 70,71\% = 99,99\%$. (Небольшая погрешность связана с округлениями).

Ответ: массовые доли веществ в полученном растворе составляют: $w(NH_3) \approx 4,26\%$, $w((NH_4)_2SO_4) \approx 25,02\%$, $w(H_2O) \approx 70,71\%$.