Навеску хлорида аммония массой 10.7 г смешали с гидроксидом натрия массой 10 г и нагрели в пробирке с газоотводной трубкой. Полученный газ растворили в 20 мл воды. Выделите массовую долю аммиака в растворе. Рассчитайте массу 10%-го раствора азотной кислоты, которая потребуется для нейтрализации аммиака.

Начнем с балансировки уравнения химической реакции между хлоридом аммония и гидроксидом натрия:

NH4Cl + NaOH → NaCl + NH3 + H2O

Из уравнения видно, что в реакции образуется аммиак (NH3), который затем растворяется в воде.

Найдем количество аммиака, образовавшегося в результате реакции:
Молярная масса NH4Cl = 53.49 г/моль
Молярная масса NaOH = 40.00 г/моль

n(NH4Cl) = m(NH4Cl) / M(NH4Cl) = 10.7 г / 53.49 г/моль = 0.20 моль
n(NaOH) = m(NaOH) / M(NaOH) = 10 г / 40.00 г/моль = 0.25 моль

Из уравнения реакции видно, что на одну моль хлорида аммония образуется одна моль аммиака. Следовательно, образовалось 0.20 моль аммиака.

Массовая доля аммиака в полученном растворе будет:
Молярная масса NH3 = 17.03 г/моль

Масса аммиака в растворе: m(NH3) = n(NH3) * M(NH3) = 0.20 моль * 17.03 г/моль = 3.41 г
Масса раствора: m(раствор) = 20 мл * 1 г/мл = 20 г

Массовая доля аммиака: %m(NH3) = m(NH3) / m(раствор) * 100% = 3.41 г / 20 г * 100% = 17.05%

Для нейтрализации аммиака необходимо рассчитать массу азотной кислоты (HNO3), необходимой для образования соли NH4NO3:
Молярная масса HNO3 = 63.01 г/моль
Молярная масса NH4NO3 = 80.04 г/моль

На одну моль аммиака (NH3) необходимо одна моль HNO3. Таким образом, количество HNO3, необходимое для нейтрализации аммиака, равно 0.20 моль.

Масса 10%-го раствора HNO3, содержащего 10 г/100 мл = 0.10 г/мл:

Объем 0.20 моль HNO3: V(HNO3) = n(HNO3) * Vмоль = 0.20 моль * 24.45 мл/моль = 4.89 мл


Массовая доля аммиака в полученном газе будет равна:

n(NH3) = (m(NH4Cl) / M(NH4Cl)) = 10.7 г / 53.5 г/моль = 0.2 моль

n(NaOH) = (m(NaOH) / M(NaOH)) = 10 г / 40 г/моль = 0.25 моль

Из уравнения реакции:

NH4Cl + NaOH -> NaCl + H2O + NH3

заметим, что моль аммиака, образовавшегося при реакции, будет равна молю гидроксида натрия, оставшегося в растворе после реакции:

n(NH3) = n(NaOH) = 0.25 моль

Массовая доля аммиака в растворе будет равна:

n(NH3) = m(NH3) / (m(NH3) + m(H2O)) = m(NH3) / 20 г

0.25 моль * 17 г/моль = 4.25 г

m(NH3) = 4.25 г

Тогда массовая доля аммиака в растворе будет:

n(NH3) = 4.25 г / 20 г = 0.2125 = 21.25%

Для нейтрализации 0.25 моль аммиака потребуется такое же количество молей азотной кислоты:

n(HNO3) = 0.25 моль

m(HNO3) = n(HNO3) * M(HNO3) = 0.25 моль * 63 г/моль = 15.75 г

Чтобы получить 10%-й раствор азотной кислоты массой 15.75 г, нужно растворить ее в воде объемом:

V(HNO3) = m(HNO3) / (ρ(HNO3) * C(HNO3)) = 15.75 г / (1.5 г/мл * 0.1) = 105 мл

Ответ: массовая доля аммиака в растворе составляет 21.25%, для нейтрализации аммиака потребуется 15.75 г азотной кислоты.