Чтобы решить эту задачу, начнем с определения, какая реакция происходит при нагревании нитрата натрия (NaNO₃). При нагревании он разлагается. Основная реакция следующая:
[ 2 \text{NaNO}_3 \rightarrow 2 \text{NaNO}_2 + \text{O}_2 ]
Из этой реакции видно, что из двух молей нитрата натрия получается один моль кислорода (O₂).
Шаг 1: Вычислим количество кислорода в молях
Нам дан объем кислорода при нормальных условиях (н.у.): 2,24 литра. По уравнению состояния идеального газа при нормальных условиях 1 моль газа занимает 22,4 литра. Отсюда можем найти количество молей кислорода:
[
n(\text{O}_2) = \frac{V}{V_m} = \frac{2,24 , \text{л}}{22,4 , \text{л/моль}} = 0,1 , \text{моль}
]
Шаг 2: Найдем количество молей нитрата натрия
Из уравнения реакции видно, что 1 моль кислорода образуется из 2 моль нитрата натрия. Следовательно, количество моль нитрата натрия, которое прореагировало, равно:
[
n(\text{NaNO}_3) = 2 \cdot n(\text{O}_2) = 2 \cdot 0,1 , \text{моль} = 0,2 , \text{моль}
]
Шаг 3: Найдем массу нитрата натрия
Чтобы найти массу образца нитрата натрия, используем его молярную массу. Для натрия (Na) = 23 г/моль, для азота (N) = 14 г/моль, для кислорода (O) = 16 г/моль. Молярная масса NaNO₃ будет:
[
M(\text{NaNO}_3) = 23 + 14 + 3 \times 16 = 23 + 14 + 48 = 85 , \text{г/моль}
]
Теперь можем найти массу нитрата натрия:
[
m(\text{NaNO}_3) = n(\text{NaNO}_3) \cdot M(\text{NaNO}_3) = 0,2 , \text{моль} \cdot 85 , \text{г/моль} = 17 , \text{г}
]
Шаг 4: Найдем массу примесей
Теперь, когда у нас есть масса образца (20 г) и масса чистого нитрата натрия (17 г), мы можем посчитать массу примесей:
[
m_{\text{примесей}} = m_{\text{образца}} - m(\text{NaNO}_3) = 20 , \text{г} - 17 , \text{г} = 3 , \text{г}
]
Шаг 5: Находим массовую долю примесей
Массовая доля примесей ( w ) вычисляется по формуле:
[
w = \frac{m_{\text{примесей}}}{m_{\text{образца}}} \times 100%
]
Подставим найденные значения:
[
w = \frac{3 , \text{г}}{20 , \text{г}} \times 100% = 15%
]
Ответ
Массовая доля примесей, содержащихся в образце нитрата натрия, составляет 15%.
