Question

Газовую смесь, состоящую из аммиака и углекислого газа, взятых в массовом соотношении 0,85 : 1, пропустили через воду, масса которой в 5 раз больше массы газовой смеси. К образовавшемуся раствору добавили соляную кислоту. При этом получилось 107 г раствора с массовой долей единственного растворённого вещества 11%. Вычислите массовую долю хлороводорода в добавленной соляной кислоте.

Accepted Answer

Answer

Идея решения: определить количество вещества каждого газа через массовое соотношение и молярные массы, проследить их превращения в двух последовательных реакциях, найти массу добавленной кислоты из баланса масс, затем вычислить массовую долю $\ce{HCl}$.

**Шаг 1. Определение соотношения количеств веществ газов.**

Из массового соотношения $m_{\ce{NH3}} : m_{\ce{CO2}} = 0{,}85 : 1$ найдём мольное соотношение:

$$\frac{n_{\ce{NH3}}}{n_{\ce{CO2}}} = \frac{m_{\ce{NH3}} \cdot M_{\ce{CO2}}}{m_{\ce{CO2}} \cdot M_{\ce{NH3}}} = \frac{0{,}85 \cdot 44}{1 \cdot 17} = 2{,}2$$

Следовательно, $\ce{NH3}$ в избытке, $\ce{CO2}$ в недостатке.

**Шаг 2. Уравнения реакций.**

$$\ce{2NH3 + CO2 + H2O -> (NH4)2CO3}$$

$$\ce{(NH4)2CO3 + 2HCl -> 2NH4Cl + CO2 ^ + H2O}$$

$$\ce{NH3 + HCl -> NH4Cl}$$

**Шаг 3. Расчёт количества хлорида аммония в итоговом растворе.**

$$m_{\ce{NH4Cl}} = 107 \cdot 0{,}11 = 11{,}77 	ext{ г}$$

$$n_{\ce{NH4Cl}} = \frac{11{,}77}{53{,}5} = 0{,}22 	ext{ моль}$$

**Шаг 4. Определение исходных количеств газов.**

Обозначим $n_{\ce{CO2}} = x$ моль, тогда $n_{\ce{NH3}} = 2{,}2x$ моль.

По первой реакции: $n_{\ce{(NH4)2CO3}} = n_{\ce{CO2}} = x$ моль.

Хлорид аммония образуется из двух источников:
- из карбоната: $n_{\ce{NH4Cl}}^{(2)} = 2x$ моль
- из избыточного аммиака: $n_{\ce{NH4Cl}}^{(3)} = n_{\ce{NH3}}^{	ext{изб}} = 2{,}2x - 2x = 0{,}2x$ моль

Общее количество:
$$2x + 0{,}2x = 2{,}2x = 0{,}22$$

$$x = 0{,}1 	ext{ моль}$$

Следовательно:
- $n_{\ce{CO2}} = 0{,}1$ моль, $m_{\ce{CO2}} = 0{,}1 \cdot 44 = 4{,}4$ г
- $n_{\ce{NH3}} = 0{,}22$ моль, $m_{\ce{NH3}} = 0{,}22 \cdot 17 = 3{,}74$ г

**Шаг 5. Расчёт массы воды.**

$$m_{\ce{H2O}} = 5 \cdot (3{,}74 + 4{,}4) = 5 \cdot 8{,}14 = 40{,}7 	ext{ г}$$

**Шаг 6. Определение массы добавленной соляной кислоты.**

При реакции карбоната с кислотой выделяется $\ce{CO2}$:
$$n_{\ce{CO2}}^{	ext{выд}} = n_{\ce{(NH4)2CO3}} = 0{,}1 	ext{ моль}$$
$$m_{\ce{CO2}}^{	ext{выд}} = 0{,}1 \cdot 44 = 4{,}4 	ext{ г}$$

Баланс масс итогового раствора:
$$m_{\ce{NH3}} + m_{\ce{CO2}}^{	ext{исх}} + m_{\ce{H2O}} + m_{	ext{р-ра } \ce{HCl}} - m_{\ce{CO2}}^{	ext{выд}} = 107$$

$$3{,}74 + 4{,}4 + 40{,}7 + m_{	ext{р-ра } \ce{HCl}} - 4{,}4 = 107$$

$$m_{	ext{р-ра } \ce{HCl}} = 62{,}56 	ext{ г}$$

**Шаг 7. Расчёт массы хлороводорода.**

Хлороводород расходуется на две реакции:
- с карбонатом: $n_{\ce{HCl}}^{(2)} = 2 \cdot 0{,}1 = 0{,}2$ моль, $m_{\ce{HCl}}^{(2)} = 0{,}2 \cdot 36{,}5 = 7{,}3$ г
- с аммиаком: $n_{\ce{HCl}}^{(3)} = 0{,}2 \cdot 0{,}1 = 0{,}02$ моль, $m_{\ce{HCl}}^{(3)} = 0{,}02 \cdot 36{,}5 = 0{,}73$ г

Общая масса $\ce{HCl}$:
$$m_{\ce{HCl}} = 7{,}3 + 0{,}73 = 8{,}03 	ext{ г}$$

**Шаг 8. Массовая доля хлороводорода.**

$$\omega_{\ce{HCl}} = \frac{8{,}03}{62{,}56} = 0{,}1284 = 12{,}84\%$$

Задание №34Расчётные задачиЕГЭ по химии