Номер 7, страница 96 - гдз по химии 9 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Глава 5. Азот и фосфор. Параграф 27. Азотная кислота. Подумай, ответь, выполни... - номер 7, страница 96.

Условие.

7*. Какой объём аммиака (н. у.) потребуется для получения 50 т раствора с массовой долей азотной кислоты 0,5?

Решение.

Решение 2.

Дано:

Масса раствора азотной кислоты, $m_{р-ра}(HNO_3) = 50 \text{ т}$

Массовая доля азотной кислоты, $\omega(HNO_3) = 0.5$

$m_{р-ра}(HNO_3) = 50 \text{ т} = 50 \times 10^6 \text{ г}$

Найти:

$V(NH_3)$ (н. у.) - ?

Решение:

Процесс получения азотной кислоты из аммиака в промышленности (метод Оствальда) является многостадийным. Однако для стехиометрических расчетов можно использовать суммарное уравнение реакции. Примем, что выход продукта составляет 100%, так как в условии задачи не указано иное.

Суммарное уравнение реакции:

$NH_3 + 2O_2 \rightarrow HNO_3 + H_2O$

Из уравнения видно, что из 1 моль аммиака ($NH_3$) получается 1 моль азотной кислоты ($HNO_3$). Следовательно, их количества вещества соотносятся как 1:1.

$n(NH_3) = n(HNO_3)$

1. Сначала рассчитаем массу чистой азотной кислоты в 50 тоннах раствора:

$m(HNO_3) = m_{р-ра}(HNO_3) \times \omega(HNO_3)$

$m(HNO_3) = 50 \text{ т} \times 0.5 = 25 \text{ т} = 25 \times 10^6 \text{ г}$

2. Далее найдем количество вещества (в молях) азотной кислоты. Для этого рассчитаем ее молярную массу:

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

Теперь находим количество вещества:

$n(HNO_3) = \frac{m(HNO_3)}{M(HNO_3)} = \frac{25 \times 10^6 \text{ г}}{63 \text{ г/моль}}$

3. Согласно стехиометрии реакции, количество вещества аммиака, необходимого для реакции, равно количеству вещества полученной азотной кислоты:

$n(NH_3) = n(HNO_3) = \frac{25 \times 10^6}{63} \text{ моль}$

4. На последнем этапе рассчитаем объем аммиака при нормальных условиях (н. у.). Молярный объем любого газа при н. у. ($V_m$) равен 22,4 л/моль.

$V(NH_3) = n(NH_3) \times V_m = \frac{25 \times 10^6}{63} \text{ моль} \times 22.4 \text{ л/моль} \approx 8888889 \text{ л}$

5. Так как объем получился большим, целесообразно перевести его в кубические метры ($1 \text{ м}^3 = 1000 \text{ л}$):

$V(NH_3) = \frac{8888889 \text{ л}}{1000 \text{ л/м}^3} \approx 8888.9 \text{ м}^3$

Округляя результат до двух значащих цифр (в соответствии с данными в условии), получаем:

$V(NH_3) \approx 8.9 \times 10^3 \text{ м}^3$

Ответ: для получения 50 т раствора с массовой долей азотной кислоты 0,5 потребуется объём аммиака (н. у.) примерно равный $8.9 \times 10^3 \text{ м}^3$.