Question

Растворимость аммиака при нормальных условиях составляет 672 л на 1 л воды. При этих условиях приготовили насыщенный раствор, растворив необходимое количество аммиака в 50 мл воды. Раствор разлили в две колбы. К раствору в первой колбе добавили 315 г 10%-ного раствора азотной кислоты, при этом оба вещества между собой прореагировали полностью. К раствору во второй колбе добавили 400 г 10%-ного раствора сульфата железа(III). Вычислите массовую долю сульфата аммония в конечном растворе во второй колбе. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения и обозначения искомых физических величин).

Accepted Answer

Answer

Идея решения: определить количество аммиака в исходном насыщенном растворе, проследить его распределение между двумя колбами через реакции с кислотой и солью железа, затем вычислить массовую долю образовавшегося сульфата аммония.

**Уравнения реакций:**

$$\ce{NH3 + HNO3 -> NH4NO3}$$

$$\ce{Fe2(SO4)3 + 6NH3 + 6H2O -> 2Fe(OH)3 v + 3(NH4)2SO4}$$

**Расчёты:**

1) Вычислим количество аммиака в насыщенном растворе (на 1 л воды):

$$n_{	ext{NH}_3} = \frac{V_{	ext{NH}_3}}{V_m} = \frac{672}{22{,}4} = 30 	ext{ моль}$$

$$m_{	ext{NH}_3} = n_{	ext{NH}_3} \cdot M_{	ext{NH}_3} = 30 \cdot 17 = 510 	ext{ г}$$

2) Найдём массу аммиака в 50 мл воды:

При растворимости 672 л на 1000 мл воды, на 50 мл приходится:

$$m_{	ext{NH}_3} = \frac{510 \cdot 50}{1000} = 25{,}5 	ext{ г}$$

$$n_{	ext{NH}_3} = \frac{25{,}5}{17} = 1{,}5 	ext{ моль}$$

3) Определим массовую долю аммиака в исходном растворе:

$$m_{	ext{р-ра}} = 25{,}5 + 50 = 75{,}5 	ext{ г}$$

$$\omega_{	ext{NH}_3} = \frac{25{,}5}{75{,}5} = 0{,}3377$$

4) Вычислим количество азотной кислоты в первой колбе:

$$m_{	ext{HNO}_3} = 315 \cdot 0{,}1 = 31{,}5 	ext{ г}$$

$$n_{	ext{HNO}_3} = \frac{31{,}5}{63} = 0{,}5 	ext{ моль}$$

5) По уравнению первой реакции аммиак и кислота реагируют в соотношении 1:1, поэтому в первой колбе расходуется:

$$n_{1, 	ext{NH}_3} = 0{,}5 	ext{ моль}$$

6) Во вторую колбу поступает аммиака:

$$n_{2, 	ext{NH}_3} = 1{,}5 - 0{,}5 = 1 	ext{ моль}$$

7) Вычислим количество сульфата железа(III) во второй колбе:

$$m_{\ce{Fe2(SO4)3}} = 400 \cdot 0{,}1 = 40 	ext{ г}$$

$$n_{\ce{Fe2(SO4)3}} = \frac{40}{400} = 0{,}1 	ext{ моль}$$

8) Определим лимитирующий реагент. По уравнению второй реакции соотношение $\ce{NH3 : Fe2(SO4)3} = 6 : 1$.

Проверим: $\frac{1}{6} = 0{,}167$ и $\frac{0{,}1}{1} = 0{,}1$.

Так как $0{,}167 > 0{,}1$, аммиак в избытке, сульфат железа(III) — в недостатке.

9) По недостатку $\ce{Fe2(SO4)3}$ вычислим количество образовавшегося гидроксида железа(III):

$$n_{\ce{Fe(OH)3}} = 2 \cdot 0{,}1 = 0{,}2 	ext{ моль}$$

$$m_{\ce{Fe(OH)3}} = 0{,}2 \cdot 107 = 21{,}4 	ext{ г}$$

10) Количество образовавшегося сульфата аммония:

$$n_{\ce{(NH4)2SO4}} = 3 \cdot 0{,}1 = 0{,}3 	ext{ моль}$$

$$m_{\ce{(NH4)2SO4}} = 0{,}3 \cdot 132 = 39{,}6 	ext{ г}$$

11) Масса раствора аммиака, добавленного во вторую колбу:

$$m_{2, 	ext{NH}_3} = 1 \cdot 17 = 17 	ext{ г}$$

$$m_{	ext{р-ра NH}_3} = \frac{17}{0{,}3377} = 50{,}3 	ext{ г}$$

12) Масса конечного раствора:

$$m_{	ext{конечн.}} = 50{,}3 + 400 - 21{,}4 = 428{,}9 	ext{ г}$$

13) Массовая доля сульфата аммония:

$$\omega_{\ce{(NH4)2SO4}} = \frac{39{,}6}{428{,}9} = 0{,}092 = 9{,}2\%$$

Задание №34Расчётные задачиЕГЭ по химии