Смесь аммиака с кислородом общим объёмом 11,2 л (н. у.) подожгли без катализатора, продукты охладили, а образовавшуюся смесь газов пропустили через 117,6 г 10 %-го раствора серной кислоты, в результате масса раствора увеличилась. Объём оставшегося непоглощённым газа составил 2,24 л (н. у.). Вычислите объёмные доли газов в исходной смеси и массовые доли веществ (кроме воды) в полученном растворе. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления

Ответ:

1) Запишем уравнения реакций: 4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O

При поглощении аммиака последовательно происходят реакции:

NH3 + H2SO4 = NH4HSO4   (1)

NH3 + NH4HSO4 = (NH4)2SO4   (2)

2) Определимм количества вещества газов

n(смеси) = 11,2 / 22,4 = 0,5 моль

Азот - не поглощенный

n(N2) = 2,24 / 22,4 = 0,1 моль

3) Определяем состав газовой смеси

В реакцию вступило:

n(NH3) = 2*n(N2) = 0,2 моль

n(O2) = 3/2*n(N2) = 0,15 моль

Масса раствора c H2SO4 увеличилась, а значит, аммиак был в избытке

Общее количество аммиака в смеси:

n(NH3) = 0,5(смесь) – 0,15 = 0,35 моль

4) Вычислим объемные доли газов:

φ(NH3) = 0,35 / 0,5 * 100% = 70%

φ(O2) = 100% – 70% = 30%

5) Определим количества веществ в растворе

n(H2SO4) = 117,6 * 0,1 / 98 = 0,12 моль

n(ост.)(NH3) = 0,35 – 0,2 = 0,15 моль

В первую реакцию (1) вступит по 0,12 моль веществ, во вторую (2) – по: 0,15 – 0,12 = 0,03 моль

n(NH4HSO4) = 0,12 – 0,03 = 0,09 моль

n((NH4)2SO4) = 0,03 моль

6) И, наконец, определим массовые доли солей в растворе

m(всего раствора) = m(раствора H2SO4) + m(ост.)(NH3) = 117,6 + 0,15 * 17 = 120,15 г.

ω(NH4HSO4) = 0,09 * 115 / 120,15 = 0,086 = 8,6%

ω((NH4)2SO4) = 0,03 * 132 / 120,15 = 0,033 = 3,3%