Вопрос школьника
Газ, полученный при гидролизе 14,8 г нитрида кальция, пропустили через 66,7 мл 25%-ного раствора серной кислоты (ρ = 1,176 г/мл). Определите массовую долю вещества в образовавшемся растворе
Ответ от учителя
Для решения задачи необходимо использовать закон Генри, который гласит, что количество газа, растворенного в жидкости, пропорционально давлению газа над жидкостью. Также необходимо знать молярную массу газа и молярную концентрацию раствора.
1. Найдем количество молей газа, полученного при гидролизе нитрида кальция:
m(Ca3N2) = 14,8 г
M(Ca3N2) = 3 x 40,1 + 2 x 14,0 = 148,3 г/моль
n(Ca3N2) = m(Ca3N2) / M(Ca3N2) = 0,1 моль
При гидролизе нитрида кальция образуется аммиак (NH3), поэтому можно считать, что количество молей аммиака равно количеству молей газа.
2. Найдем молярную концентрацию раствора серной кислоты:
ρ(H2SO4) = 1,176 г/мл
M(H2SO4) = 2 x 1 + 32 + 4 x 16 = 98 г/моль
V(H2SO4) = 66,7 мл = 0,0667 л
n(H2SO4) = ρ(H2SO4) x V(H2SO4) / M(H2SO4) = 0,008 моль
3. Найдем количество газа, растворенного в растворе серной кислоты:
p(NH3) / p0(NH3) = n(NH3) / V(H2SO4)
где p(NH3) — давление аммиака в растворе, p0(NH3) — давление аммиака над раствором при той же температуре, n(NH3) — количество молей аммиака, растворенного в растворе серной кислоты.
p0(NH3) можно найти из таблицы или по формуле p0(NH3) = K(NH3) x m(NH3), где K(NH3) — коэффициент Генри для аммиака при данной температуре, m(NH3) — молярная концентрация аммиака в газовой фазе.
Для 25%-ного раствора серной кислоты молярная концентрация аммиака в газовой фазе равна 0,25 x 0,0821 = 0,0205 моль/л (по закону Рауля). Коэффициент Генри для аммиака при 25°C равен 5,6 x 10^−4 М/атм.
p0(NH3) = 5,6 x 10^−4 x 0,0205 = 1,14 x 10^−5 атм
p(NH3) = p0(NH3) x n(NH3) / V(H2SO4) = 1,14 x 10^−5 x 0,1 / 0,0667 = 1,71 x 10^−5 атм
4. Найдем массовую долю аммиака в растворе:
m(NH3) = n(NH3) x M(NH3) = 0,1 x 17 = 1,7 г
m(H2SO4) = n(H2SO4) x M(H2SO4) = 0,008 x 98 = 0,784 г
m(раствора) = m(NH3) + m(H2SO4) = 2,484 г
массовая доля аммиака = m(NH3) / m(раствора) x 100% = 1,7 / 2,484 x 100% = 68,4%
Ответ: массовая доля вещества в образовавшемся растворе составляет 68,4%.
