Вопрос школьника
Водный раствор аммиака (массовая доля NH3 10%) называется нашатырным спиртом. Рассчитайте объем газа, приведенный к нормальным условиям, который потребуется для получения нашатырного спирта объемом 500 мл (плотность 0,96 г/мл).
Ответ от учителя
Для решения задачи необходимо использовать закон Гей-Люссака, который гласит, что при постоянном давлении и температуре объем газа пропорционален количеству вещества газа:
V = nRT/P,
где V — объем газа, n — количество вещества газа, R — универсальная газовая постоянная, T — температура газа в Кельвинах, P — давление газа.
Для расчета количества вещества газа необходимо использовать массовую долю аммиака в растворе:
m(NH3) = 0,1 * m(раствора),
где m(NH3) — масса аммиака, m(раствора) — масса раствора.
Массу раствора можно вычислить, зная его объем и плотность:
m(раствора) = V * p,
где p — плотность раствора.
Таким образом, масса аммиака в растворе будет равна:
m(NH3) = 0,1 * V * p.
Для расчета количества вещества аммиака необходимо использовать его молярную массу:
M(NH3) = 17 г/моль.
Количество вещества аммиака будет равно:
n(NH3) = m(NH3) / M(NH3) = 0,1 * V * p / M(NH3).
Для расчета объема газа, который потребуется для получения нашатырного спирта объемом 500 мл, необходимо использовать соотношение между объемом газа и количеством вещества газа:
V = nRT/P.
Для приведения объема газа к нормальным условиям (температура 0 °C и давление 101,325 кПа) необходимо использовать уравнение Менделеева-Клапейрона:
PV = nRT,
где V — объем газа, P — давление газа, T — температура газа в Кельвинах, R — универсальная газовая постоянная.
Из уравнения Менделеева-Клапейрона можно выразить объем газа при нормальных условиях:
V = nRT/P = (0,1 * V * p / M(NH3)) * (273,15 К * 101,325 кПа) / (T * P),
где T = 273,15 К, P = 101,325 кПа.
Подставляя значения и приводя к нужным единицам измерения, получаем:
V = (0,1 * 500 мл * 0,96 г/мл / 17 г/моль) * (273,15 К * 101,325 кПа) / (293,15 К * 101,325 Па) ≈ 8,5 л.
Таким образом, для получения нашатырного спирта объемом 500 мл потребуется объем газа, приведенный к нормальным условиям, равный примерно 8,5 л.
