Какой будет количество углекислого газа, выделяемого в результате воздействия азотной кислоты на 170 граммов известняка

Максик

61

Для решения этой задачи нам понадобится знание стехиометрии - науки о пропорциях в химических реакциях.

Сначала вычислим массу чистого известняка в образце. Масса известняка составляет 170 граммов, а его содержание в примесях составляет 20%. Значит, масса чистого известняка будет равна \(170 \, г \cdot (1 - 0,2) = 136 \, г\).

Известно, что реакция между азотной кислотой (HNO3) и известью (CaCO3) приводит к образованию углекислого газа (CO2), воды (H2O) и нитрата кальция (Ca(NO3)2) - осадка, которая остается в растворе.

Уравнение этой реакции выглядит следующим образом:
\[CaCO3 + 2HNO3 \rightarrow Ca(NO3)2 + H2O + CO2\]

Из уравнения видно, что реагенты вступают в пропорции 1:2. Это означает, что на каждую молекулу CaCO3 требуется 2 молекулы HNO3.

Молярная масса CaCO3 составляет примерно 100,09 г/моль, а HNO3 - примерно 63,01 г/моль.

Давайте вычислим количество вещества CaCO3 в образце:
\[\text{Количество вещества CaCO3} = \frac{\text{масса}}{\text{молярная масса}} = \frac{136 \, г}{100,09 \, г/моль} \approx 1,359 \, моль\]

Так как пропорция между CaCO3 и CO2 составляет 1:1, количество вещества CO2, образующегося в результате реакции, будет таким же:
\[\text{Количество вещества CO2} = 1,359 \, моль\]

Теперь вычислим массу CO2. Молярная масса CO2 составляет примерно 44,01 г/моль.
\[\text{Масса CO2} = \text{Количество вещества} \times \text{молярная масса} = 1,359 \, моль \times 44,01 \, г/моль \approx 59,82 \, г\]

Таким образом, масса выделяющегося углекислого газа составит примерно 59,82 г.

Теперь найдем объем газа. Для этого мы воспользуемся идеальным газовым законом, который гласит, что \(PV = nRT\), где P - давление, V - объем, n - количество вещества, R - универсальная газовая постоянная и T - температура в кельвинах.

Рассмотрим газ находящийся в обычных условиях (нормальное давление и комнатная температура). Приблизительное значение нормального давления составляет 101,325 кПа, температура примем примерно равной комнатной - 298 К.

Универсальная газовая постоянная R равна примерно 8,31 Дж/(моль·К).

Используя эти значения, мы можем вычислить объем углекислого газа:
\[V = \frac{nRT}{P} = \frac{1,359 \, моль \times 8,31 \, Дж/(моль·К) \times 298 \, К}{101,325,000 \, Па} \approx 0,0312 \, м^3\]

Таким образом, объем углекислого газа, выделяющегося в результате воздействия азотной кислоты на 170 граммов известняка, будет примерно равен 0,0312 м^3.