Задание №34 — Типы расчётных задач
Растворимость безводного карбоната аммония при некоторой температуре составляет 96 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили насыщенный раствор, добавив необходимое количество карбоната аммония
к 250 мл воды. Раствор разлили в две колбы. К раствору в первой колбе добавили избыток твёрдого гидроксида натрия и нагрели. К раствору во второй колбе добавили 250 г соляной кислоты, также взятой в избытке. При этом объём газа, выделившийся из второй колбы, оказался в 3 раза меньше объёма газа, выделившегося из первой колбы. (Объёмы газов измерены при одинаковых условиях). Определите массовую долю соли в конечном растворе во второй колбе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).
Проверка решения с помощью ИИ доступна авторизованным пользователям
Решение. Уравнения реакций, указанных в условии:
(NH4)2CO3 + 2NaOH → (t°) Na2CO3 + 2NH3↑ + 2H2O
(NH4)2CO3 + 2HCl → 2NH4Cl + CO2↑ + H2O
1. Состав приготовленного насыщенного раствора. Плотность воды 1 г/мл, поэтому 250 мл воды — это 250 г. По растворимости на 100 г воды приходится 96 г соли, значит
m((NH4)2CO3) = 96 г · 250/100 = 240 г;
n((NH4)2CO3) = 240 г / 96 г/моль = 2,5 моль;
m(р-ра) = 250 г + 240 г = 490 г.
2. Как раствор разделился по колбам. Пусть в первой колбе n1 моль соли, во второй n2 моль, причём n1 + n2 = 2,5 моль. Щёлочь и кислота взяты в избытке, поэтому соль в каждой колбе прореагировала полностью. По первому уравнению из 1 моль соли получается 2 моль NH3, по второму — 1 моль CO2:
n(NH3) = 2n1, n(CO2) = n2.
Объёмы газов измерены в одинаковых условиях, поэтому их отношение равно отношению количеств вещества, и «в 3 раза меньше» означает
2n1 = 3n2.
Из системы: n1 + 2n1/3 = 2,5 моль → n1 = 1,5 моль, n2 = 1 моль.
3. Масса раствора во второй колбе. Раствор однороден, поэтому его масса пропорциональна количеству соли:
m2(р-ра) = 490 г · (1 моль / 2,5 моль) = 196 г
(в ней 96 г соли и 100 г воды — соотношение растворимости сохраняется).
4. Вторая колба: продукты реакции.
n(NH4Cl) = 2 · n2 = 2 · 1 моль = 2 моль; m(NH4Cl) = 2 моль · 53,5 г/моль = 107 г;
n(CO2) = 1 моль; m(CO2) = 1 моль · 44 г/моль = 44 г — этот газ уходит из раствора.
5. Массовая доля соли в конечном растворе.
m(р-ра кон.) = 196 г + 250 г − 44 г = 402 г;
ω(NH4Cl) = 107 г / 402 г = 0,2662, то есть 26,62 %.
Проверка: 1,5 моль + 1 моль = 2,5 моль — вся соль распределена по колбам; объёмы газов относятся как 3 моль : 1 моль, то есть газа из второй колбы втрое меньше, как и сказано в условии.
Ответ: (NH4)2CO3 + 2NaOH → Na2CO3 + 2NH3↑ + 2H2O; (NH4)2CO3 + 2HCl → 2NH4Cl + CO2↑ + H2O; ω(NH4Cl) ≈ 26,62 %.
Источник: ФИПИ