Смесь твердых хпорида аммония и нитрата аммония массой 70,20 г нагревали до полного разложения в закрытом сосуде. После охлаждения газов в сосуде сконденсировался раствор с…
Смесь твердых хпорида аммония и нитрата аммония массой 70,20 г нагревали до полного разложения в закрытом сосуде. После охлаждения газов в сосуде сконденсировался раствор с массовой долей соли 7,30%, ав газовой фазе осталось одно вещество. а) Приведите уравнения описанных в задаче превращений. б) Рассчитайте массы солей аммония в исходной смеси. в) Исходная смесь солей аммония какой массы необходима для получения 5 дм" аммиака (при 90 кПа и 30°С) действием щелочи, если выход реакции составляет 78%? Какой объем раствора щелочи с массовой долей коН 11% и плотностью 1,10 гсм" понадобится для этого? Задача 3
Давайте разберем задачу поэтапно.
а) Уравнения превращений
Ваша смесь состоит из хлорида аммония (NH₄Cl) и нитрата аммония (NH₄NO₃). При нагревании они разлагаются следующим образом:
Разложение хлорида аммония: \[ 2 \, \text{NH}_4\text{Cl (s)} \rightarrow \text{NH}_3 \text{(g)} + \text{HCl (g)} \]
Разложение нитрата аммония: \[ \text{NH}_4\text{NO}_3(s) \rightarrow \text{N}_2\text{(g)} + 2 \,\text{H}_2\text{O (g)} + \text{O}_2 \text{(g)} \]
После реакций в газовой фазе останется аммиак (NH₃) и другие газы, образующиеся из нитрата аммония.
б) Расчет масс солей аммония в исходной смеси
Дано, что после охлаждения раствора с массовой долей соли 7,30% получаем 70,20 г смеси. Это означает, что масса растворенной соли в растворе составила:
\[ m_{\text{соли}} = 70,20 \, \text{г} \times 0,073 = 5,14 \, \text{г} \]
Следовательно, масса воды (от кондисата) будет:
\[ m_{\text{воды}} = 70,20 - 5,14 = 65,06 \, \text{г} \]
Теперь, раз мы имеем в растворе соли, можно писать уравнение масс для хлорида аммония и нитрата аммония:
Допустим, \( m_1 \) — масса NH₄Cl, а \( m_2 \) — масса NH₄NO₃: \[ m_1 + m_2 = 70,20 \, \text{г} \]
В процессе разложения образуются газы, и часть этих газов уходит. Основные газы, которые нас интересуют — это NH₃ и HCl. Однако, чтобы подытожить массы NH₄Cl и NH₄NO₃, нам нужно больше данных, таких как, например, количество каждого газа.
в) Рассчитайте массу исходной смеси для получения 5 дм³ аммиака
Для получения 5 дм³ (или 5000 см³) аммиака при нормальных условиях (0°C и 101,3 кПа), используйте уравнение состояния идеального газа:
\[ V = nRT/P \]
В 5000 см³ помещается:
Переведем 5000 см³ в моль (при нормальных условиях 1 моль газа занимает 22,4 л): \[ n = \frac{5000}{22400} \approx 0,223 \, \text{моль} \]
Учитывая, что выход реакции составляет 78%, нам нужно:
\[ n_{\text{действительно}} = \frac{0,223}{0,78} \approx 0,285 \, \text{моль} \]
Теперь, если необходимо для реакции получить это количество аммиака, имеем соотношения:
- 1 моль NH₄Cl дает 1 моль NH₃.
- 1 моль NH₄NO₃ также дает 1 моль NH₃.
Допустим, вы используете все исходные соляные аммония:
\[ m_1 + m_2 = 0,285 \cdot (53,5 + 80) = 0,285 \cdot 133,5 = 38,062 \, \text{г} \]
Теперь, про щелочь:
- Для расчета объема раствора щелочи 11% с плотностью 1,10 г/см³, нужно определить массу КОН для реакции, принимая в расчет реакцию с аммиаком:
\[ \text{Масса KOH} = m_{\text{NH}_3} = 0.285 \cdot 17 = 4.845 \, \text{г} \]
Поскольку это 11% раствор, то:
\[ m_{\text{раствора}} = \frac{4.845}{0.11} \approx 44.05 \, \text{г} \]
Следовательно, учитывая плотность:
\[ V_{\text{раствора}} = \frac{44.05}{1.10} \approx 40 \, \text{см}³ \]
Таким образом, для получения 5 дм³ аммиака при заданных условиях вам требуется смесь солей аммония массой примерно 38,06 г и около 40 см³ 11%-го раствора КОН.
