Чтобы решить задачу, начнем с определения необходимой информации и расчета, чтобы найти массу карбида алюминия, которую нужно добавить, и объем газа, который выделится в реакции.
Дано:
- Концентрация раствора азотной кислоты (HNO₃): 20%
- Объем раствора: 200 мл
- Плотность раствора: 1,1 г/мл
- Конечная массовая доля кислоты: 5%
Шаг 1: Найдем массу раствора 20%-ной азотной кислоты
Для этого сначала рассчитаем массу раствора:
[
\text{Масса раствора} = \text{Объем} \times \text{Плотность} = 200 , \text{мл} \times 1,1 , \text{г/мл} = 220 , \text{г}
]
Шаг 2: Найдем массу азотной кислоты в растворе
Чтобы найти массу самой кислоты в 20%-ном растворе, используем формулу для массовой доли:
[
\text{Масса HNO}_3 = 0,20 \times 220 , \text{г} = 44 , \text{г}
]
Шаг 3: Найдем массу кислоты в конечном растворе
Пусть х — масса карбида алюминия (Al₄C₃), который мы добавим. В процессе реакции с водой карбид алюминия реагирует с водой, выделяя водород и образуя гидроксид алюминия. Уравнение реакции выглядит следующим образом:
[
\text{Al}_4C_3 + 12 \text{H}_2O \rightarrow 4 \text{Al(OH)}_3 + 3 \text{H}_2
]
В этой реакции на 1 моль карбида алюминия выделяется 3 моль водорода.
Шаг 4: Найдем новую массу кислоты в растворе
Конечная массовая доля кислоты 5%, тогда:
[
\text{Масса кислоты} = 0,05 \times (\text{Масса раствора} + х) = 0,05 \times (220 + х)
]
Шаг 5: Установим уравнение
Система уравнений:
[
44 = 0,05 \times (220 + x)
]
Решаем уравнение на х:
[
44 = 11 + 0,05x
]
[
44 - 11 = 0,05x
]
[
33 = 0,05x
]
[
x = \frac{33}{0,05} = 660 , \text{г}
]
Шаг 6: Рассчитываем объем газа
Теперь, чтобы найти объем выделившегося газа, используем малярный объем газа (примерно 22,4 л/моль при н.у.).
Для карбида алюминия, 1 моль (необходимое количество):
[
\text{Молодец при 660 г:} = \frac{660 , \text{г}}{144 , \text{г/моль}} = 4,58 , \text{моль}
]
Объем выделившегося водорода:
[
\text{Объем H}_2 = 3x \times 22,4 = 3 \times 4,58 \times 22.4 \approx 307.2 , \text{л} \text{ (н.у.)}
]
Ответы:
- Масса карбида алюминия для добавления: 660 г
- Объем выделившегося газа (водорода): 307.2 л (н.у.)
