Смесь аммиака с кислородом общим объемом 11,2 л (н. у.) подожгли без катализатора, продукты охладили, а образовавшуюся смесь газов пропустили через 117,6 г 10%-го раствора серной кислоты, в результате масса раствора увеличилась. Объем оставшегося непоглощенным газа составил 2,24 л (н. у.). Вычислите объемные доли газов в исходной смеси и массовые доли веществ (кроме воды) в полученном растворе. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления.
💡 Пошаговый разбор и решение:
1. Запишем уравнение реакции сгорания аммиака и определим количества вещества газов:
$\ChemForm4NH_3 + 3O_2 = 2N_2 + 6H_2O$
$\nu\rm ( \text смеси ) = \frac{\it V\rm ( смеси )}{\it V_m\rm}$
$\nu\rm ( \text смеси ) = $\frac{11,2 л}{22,4 л/моль}$ = 0,5 моль$
Непоглощенный газ — $\ChemFormN_2$
$\nu\rm ( N_2 ) = \frac{\it V\rm ( N_2 )}{\it V_m\rm}$
$\nu\rm ( N_2 ) = $\frac{2,24 л}{22,4 л/моль}$ = 0,1 моль$
2. Определим состав газовой смеси. В реакцию сгорания вступило:
$\nu\rm ( NH_3 ) = 2\nu\rm ( N_2 ) = 2 \cdot 0,1= 0,2 моль$
$\nu\rm ( O_2 ) = $\frac{3}{2}$ \nu\rm ( N_2 ) = $\frac{3}{2}$ \cdot 0,1= 0,15 моль$
Масса раствора c $\ChemFormH_2SO_4$ увеличилась. Следовательно, аммиак был в избытке. Общее количество аммиака в смеси:
$\nu\rm ( NH_3 ) = \nu\rm \text ( смеси ) - \nu\rm ( O_2 ) = 0,5 моль - 0,15 моль = 0,35 моль$
Объемные доли газов в исходной смеси:
$фи \rm ( газа ) = $\frac{\it V\rm ( газа )}{\it V\rm ( смеси )}$ = \frac{\nu\rm ( газа )}{\nu\rm ( смеси )}$
$фи \rm ( NH_3 ) } = $\frac{0,35 ( моль )}{0,5 ( моль )}$ = 0,7 или 70\%$
$фи \rm ( O_2 ) } = $\frac{0,15 ( моль )}{0,5 ( моль )}$ =0,3 или 30\%$
3. Напишем уравнения реакций с серной кислотой и определим количества веществ в растворе:
$\nu\rm ( H_2SO_4 ) = \frac{\it m\rm ( H_2SO_4 \text ( р - ра ) ) \cdot \omega\rm}{\it M\rm ( H_2SO_4 )}$
$\nu\rm ( H_2SO_4 ) = $\frac{117,6 \text г \cdot 0,1}{98 г/моль}$ = 0,12 моль$
$\nu\rm ( NH_3 ( ост. ) ) = \nu\rm ( NH_3 ( общ. ) ) - \nu\rm ( NH_3 ( реаг. ) )$
$\nu\rm ( NH_3 ( ост. ) ) = 0,35 моль - 0,2 моль= 0,15 моль$
При поглощении аммиака последовательно происходят реакции:
$\ChemFormNH_3 + H_2SO_4 = NH_4HSO_4$
$\ChemFormNH_4HSO_4 + NH_3 = ( NH_4 ) _2SO_4$
В первую реакцию вступит по 0,12 моль веществ, во вторую — по (0,15 — 0,12) = 0,03 моль.
$\nu\rm ( NH_4HSO_4 ) =$
$= \nu\rm ( NH_4HSO_4 ( образов. ) ) } - \nu\rm ( NH_4HSO_4 ( прореаг. ) ) = 0,12 моль - 0,03 моль = 0,09 моль$
$\nu\rm ( ( NH_4 ) _2SO_4 ) = 0,03 моль$
4. Определим массовые доли солей в растворе:
$\it m\rm ( р - ра ) = \it m\rm ( H_2SO_4 р - ра ) + \it m\rm ( NH_3 ( ост. ) ) = \it m\rm ( H_2SO_4 р - ра ) + \nu\rm ( NH_3 ост. ) \cdot \it M\rm ( NH_3 )$ $\it m\rm ( р - ра ) = \it m\rm ( H_2SO_4 р - ра ) + \it m\rm ( NH_3 ( ост. ) ) =$
$= \it m\rm ( H_2SO_4 р - ра ) + \nu\rm ( NH_3 ост. ) \cdot \it M\rm ( NH_3 )$
$\it m\rm ( р - ра ) = 117,6 г + 0,15 моль \cdot 17 г/моль = 120,15 г$
$\omega\rm ( соли ) = $\frac{\it m\rm ( соли )}{\it m\rm ( р - ра )}$ = \frac{\nu\rm ( соли ) \cdot \it M\rm ( соли )}{\it m\rm ( р - ра )}$
$\omega\rm ( NH_4HSO_4 ) = $\frac{0,09 моль \cdot 115 г/моль}{120,15 г}$ } = 0,086 или 8,6\%$
$\omega\rm ( ( NH_4 ) _2SO_4 ) = $\frac{0,03 моль \cdot 132 г/моль}{120,15 г}$ = 0,033 или 3,3\%$
$\ChemForm4NH_3 + 3O_2 = 2N_2 + 6H_2O$
$\nu\rm ( \text смеси ) = \frac{\it V\rm ( смеси )}{\it V_m\rm}$
$\nu\rm ( \text смеси ) = $\frac{11,2 л}{22,4 л/моль}$ = 0,5 моль$
Непоглощенный газ — $\ChemFormN_2$
$\nu\rm ( N_2 ) = \frac{\it V\rm ( N_2 )}{\it V_m\rm}$
$\nu\rm ( N_2 ) = $\frac{2,24 л}{22,4 л/моль}$ = 0,1 моль$
2. Определим состав газовой смеси. В реакцию сгорания вступило:
$\nu\rm ( NH_3 ) = 2\nu\rm ( N_2 ) = 2 \cdot 0,1= 0,2 моль$
$\nu\rm ( O_2 ) = $\frac{3}{2}$ \nu\rm ( N_2 ) = $\frac{3}{2}$ \cdot 0,1= 0,15 моль$
Масса раствора c $\ChemFormH_2SO_4$ увеличилась. Следовательно, аммиак был в избытке. Общее количество аммиака в смеси:
$\nu\rm ( NH_3 ) = \nu\rm \text ( смеси ) - \nu\rm ( O_2 ) = 0,5 моль - 0,15 моль = 0,35 моль$
Объемные доли газов в исходной смеси:
$фи \rm ( газа ) = $\frac{\it V\rm ( газа )}{\it V\rm ( смеси )}$ = \frac{\nu\rm ( газа )}{\nu\rm ( смеси )}$
$фи \rm ( NH_3 ) } = $\frac{0,35 ( моль )}{0,5 ( моль )}$ = 0,7 или 70\%$
$фи \rm ( O_2 ) } = $\frac{0,15 ( моль )}{0,5 ( моль )}$ =0,3 или 30\%$
3. Напишем уравнения реакций с серной кислотой и определим количества веществ в растворе:
$\nu\rm ( H_2SO_4 ) = \frac{\it m\rm ( H_2SO_4 \text ( р - ра ) ) \cdot \omega\rm}{\it M\rm ( H_2SO_4 )}$
$\nu\rm ( H_2SO_4 ) = $\frac{117,6 \text г \cdot 0,1}{98 г/моль}$ = 0,12 моль$
$\nu\rm ( NH_3 ( ост. ) ) = \nu\rm ( NH_3 ( общ. ) ) - \nu\rm ( NH_3 ( реаг. ) )$
$\nu\rm ( NH_3 ( ост. ) ) = 0,35 моль - 0,2 моль= 0,15 моль$
При поглощении аммиака последовательно происходят реакции:
$\ChemFormNH_3 + H_2SO_4 = NH_4HSO_4$
$\ChemFormNH_4HSO_4 + NH_3 = ( NH_4 ) _2SO_4$
В первую реакцию вступит по 0,12 моль веществ, во вторую — по (0,15 — 0,12) = 0,03 моль.
$\nu\rm ( NH_4HSO_4 ) =$
$= \nu\rm ( NH_4HSO_4 ( образов. ) ) } - \nu\rm ( NH_4HSO_4 ( прореаг. ) ) = 0,12 моль - 0,03 моль = 0,09 моль$
$\nu\rm ( ( NH_4 ) _2SO_4 ) = 0,03 моль$
4. Определим массовые доли солей в растворе:
$\it m\rm ( р - ра ) = \it m\rm ( H_2SO_4 р - ра ) + \it m\rm ( NH_3 ( ост. ) ) = \it m\rm ( H_2SO_4 р - ра ) + \nu\rm ( NH_3 ост. ) \cdot \it M\rm ( NH_3 )$ $\it m\rm ( р - ра ) = \it m\rm ( H_2SO_4 р - ра ) + \it m\rm ( NH_3 ( ост. ) ) =$
$= \it m\rm ( H_2SO_4 р - ра ) + \nu\rm ( NH_3 ост. ) \cdot \it M\rm ( NH_3 )$
$\it m\rm ( р - ра ) = 117,6 г + 0,15 моль \cdot 17 г/моль = 120,15 г$
$\omega\rm ( соли ) = $\frac{\it m\rm ( соли )}{\it m\rm ( р - ра )}$ = \frac{\nu\rm ( соли ) \cdot \it M\rm ( соли )}{\it m\rm ( р - ра )}$
$\omega\rm ( NH_4HSO_4 ) = $\frac{0,09 моль \cdot 115 г/моль}{120,15 г}$ } = 0,086 или 8,6\%$
$\omega\rm ( ( NH_4 ) _2SO_4 ) = $\frac{0,03 моль \cdot 132 г/моль}{120,15 г}$ = 0,033 или 3,3\%$
📚 Похожие разобранные задания по предмету:
ID 118743 • Задание №10
Установите соответствие между названием соединения и общей формулой гомологического ряда, к которому оно прина...
ID 117498 • Задание №6
Из предложенного перечня выберите два вещества, с которыми реагируют сера и железо.
1) $\ChemFormF_2$
2) ...
Официальные критерии проверки ФИПИ:
Критерии проверки:
Критерии оценивания выполнения задания | Баллы
Ответ правильный и полный, содержит все названные выше элементы | 4
В ответе допущена ошибка в одном из названных выше элементов | 3
В ответе допущены ошибки в двух из названных выше элементов | 2
В ответе допущены ошибки в трех из названных выше элементов | 1
Все элементы ответа записаны неверно | 0
Максимальный балл | 4
Критерии оценивания выполнения задания | Баллы
Ответ правильный и полный, содержит все названные выше элементы | 4
В ответе допущена ошибка в одном из названных выше элементов | 3
В ответе допущены ошибки в двух из названных выше элементов | 2
В ответе допущены ошибки в трех из названных выше элементов | 1
Все элементы ответа записаны неверно | 0
Максимальный балл | 4
🔗 Другие задания линии №34 по предмету Химия:
ID 126200
При нагревании образца карбоната кальция часть вещества разложилась. При этом выделилось 4,48 л...
ID 126201
Навеску гидрокарбоната натрия прокаливали в течение непродолжительного времени и получили тверд...
ID 126202
Навеску основного карбоната меди прокаливали в течение непродолжительного времени и получили тв...
ID 126203
Навеску технического карбоната кальция массой 8,00 г растворили в избытке соляной кислоты. К по...
ID 126204
Железную проволоку массой 0,295 г растворили при нагревании в избытке разбавленной азотной кисл...