Сколько литров аммиака (н.у) будет получено при обработке избытка раствора гидроксида натрия с 48 г карбоната аммония

Volk

53

Для решения этой задачи, нам необходимо учитывать химическую реакцию между карбонатом аммония и гидроксидом натрия, а также использовать молярные массы реагентов и выход реакции.

Сначала, давайте составим уравнение реакции между карбонатом аммония (\(NH_4CO_3\)) и гидроксидом натрия (\(NaOH\)):

\[NH_4CO_3 + 2NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + 2H_2O + NH_3\]

Теперь, найдем молярную массу карбоната аммония (\(NH_4CO_3\)) и гидроксида натрия (\(NaOH\)):

Молярная масса \(NH_4CO_3\) составляет:
\(M(N) = 14.01 \, \text{г/моль}\)
\(M(H) = 1.01 \, \text{г/моль}\) (у нас 4 атома водорода в \(NH_4\))
\(M(C) = 12.01 \, \text{г/моль}\)
\(M(O) = 16.00 \, \text{г/моль}\) (у нас 3 атома кислорода в \(CO_3\))

Таким образом, получаем молярную массу \(NH_4CO_3\):
\(M(NH_4CO_3) = (14.01 + 4 \cdot 1.01 + 12.01 + 3 \cdot 16.00) \, \text{г/моль} = 96.09 \, \text{г/моль}\)

Молярная масса \(NaOH\) составляет:
\(M(Na) = 22.99 \, \text{г/моль}\)
\(M(O) = 16.00 \, \text{г/моль}\)
\(M(H) = 1.01 \, \text{г/моль}\)

Таким образом, получаем молярную массу \(NaOH\):
\(M(NaOH) = (22.99 + 16.00 + 1.01) \, \text{г/моль} = 39.00 \, \text{г/моль}\)

Теперь, найдем количество вещества (в молях) карбоната аммония, используя его массу и молярную массу:

\[n(NH_4CO_3) = \frac{m(NH_4CO_3)}{M(NH_4CO_3)}\]
\[n(NH_4CO_3) = \frac{48 \, \text{г}}{96.09 \, \text{г/моль}}\]
\[n(NH_4CO_3) \approx 0.499 \, \text{моль}\]

Обратите внимание, что мы округлили до трех знаков после запятой, чтобы сохранить количество значащих цифр.

Так как соотношение в реакции между \(NH_4CO_3\) и \(NaOH\) составляет 1:2, то количество вещества гидроксида натрия будет равно удвоенному количеству вещества карбоната аммония:

\[n(NaOH) = 2 \cdot n(NH_4CO_3) = 2 \cdot 0.499 \, \text{моль} = 0.998 \, \text{моль}\]

Теперь можем рассчитать массу гидроксида натрия, используя его количество вещества и молярную массу:

\[m(NaOH) = n(NaOH) \cdot M(NaOH) = 0.998 \, \text{моль} \cdot 39.00 \, \text{г/моль}\]
\[m(NaOH) \approx 38.96 \, \text{г}\]

Поскольку выход реакции составляет 70%, то масса полученного аммиака будет равна 70% от массы гидроксида натрия:

\[m(NH_3) = 0.70 \cdot m(NaOH) = 0.70 \cdot 38.96 \, \text{г}\]
\[m(NH_3) \approx 27.27 \, \text{г}\]

Наконец, чтобы найти объем аммиака в условиях нормальных условий, воспользуемся уравнением Менделеева-Клапейрона:

\[V(NH_3) = \frac{n(NH_3) \cdot R \cdot T}{P}\]

где:
\(V(NH_3)\) - объем аммиака в условиях норомальных условий,
\(n(NH_3)\) - количество вещества аммиака,
\(R\) - газовая постоянная (8,314 Дж/(моль·К)),
\(T\) - температура в Кельвинах,
\(P\) - давление (в данной задаче, равно нормальным атмосферным давлениям, примем \(P = 1 \, \text{атм}\))

Так как объем измеряется в литрах, \(V(NH_3)\) будет выражен в литрах. Для нашего расчета, возьмем комнатную температуру \(T = 298 \, \text{К}\).

\[V(NH_3) = \frac{n(NH_3) \cdot R \cdot T}{P} = \frac{27.27 \, \text{г} \cdot \frac{1 \, \text{моль}}{17.03 \, \text{г}} \cdot 8.314 \, \text{Дж/(моль·К)} \cdot 298 \, \text{К}}{1 \, \text{атм}}\]

В результате проведенных вычислений мы получаем:

\[V(NH_3) \approx 44.63 \, \text{л}\]

Таким образом, при обработке избытком раствора гидроксида натрия с 48 г карбоната аммония и выходом реакции в 70%, получится приблизительно 44.63 литра аммиака (н.у).