Question

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.

Answer 1

(NH4)2CO3 + 2NaOH = 2NH3 + 2H2O + Na2CO3
(NH4)2CO3 + 2HCl = 2NH4Cl + CO2 + H2O
Ответ: ω(NH4Cl) = 26,62%

Answer 2

Запишем уравнения протекающих реакций:
1) (NH4)2CO3 + 2NaOH = Na2CO3 + 2NH3↑ + 2H2O
2) (NH4)2CO3 + 2HCl = 2NH4Cl + CO2↑ + H2O
На основании данных по растворимости соли составим пропорцию и рассчитаем массу и количество вещества карбоната натрия в исходном растворе. Плотность воды примем равной 1 г/см3, тогда при приготовлении насыщенного раствора взяли m(H2O) = 250 г:
96 г (NH4)2CO3 - 100 г воды
x г (NH4)2CO3 - 250 г воды
Тогда x = m((NH4)2CO3)исх. = 96 г * 250 г / 100 г = 240 г
n((NH4)2CO3)исх. = m((NH4)2CO3)исх. / M((NH4)2CO3) = 240 г / 96 г/моль = 2,5 моль
На основе уравнений реакций (1) и (2) выразим количества вещества прореагировавшего карбоната аммония в каждой колбе через соответствующие количества вещества выделившихся газов:
n((NH4)2CO3)1 = 0,5 * n(NH3)
n((NH4)2CO3)2 = n(CO2)
n((NH4)2CO3)исх. = n((NH4)2CO3)1 + n((NH4)2CO3)2
n((NH4)2CO3)исх. = 0,5 * n(NH3) + n(CO2)
Согласно условию задания V(NH3) = 3 * V(CO2), что равносильно n(NH3) = 3 * n(CO2). Подставим данное отношение в предыдущую запись и вычислим количество вещества и массу прореагировавшего карбоната аммония во второй колбе:
n((NH4)2CO3)исх. = 0,5 * 3 * n(CO2) + n(CO2)
n((NH4)2CO3)исх. = 2,5 * n(CO2)
n((NH4)2CO3)2 = n(CO2) = 2,5 моль / 2,5 = 1 моль
m((NH4)2CO3)2 = n((NH4)2CO3)2 * M((NH4)2CO3) = 1 моль * 96 г/моль = 96 г
Согласно данным по растворимости, если в насыщенном растворе карбоната аммония, помещенного во вторую колбу, масса соли составила 96 г, то в этом же растворе m(H2O)2 = 100 г.
Определим массу образовавшегося углекислого газа по реакции (2):
m(CO2) = n(CO2) * M(CO2) = 1 моль * 44 г/моль = 44 г
Рассчитаем количество вещества и массу образовавшегося хлорида аммония в результате реакции (2):
n(NH4Cl) = 2 * n((NH4)2CO3)2 = 2 * 1 моль = 2 моль
m(NH4Cl) = n(NH4Cl) * M(NH4Cl) = 2 моль * 53,5 г/моль = 107 г
Вычислим массу раствора, образовавшегося после протекания реакции (2):
m(р-ра)ост. = m((NH4)2CO3)2 + m(H2O)2 + m(HCl)исх. - m(CO2) = 96 г + 100 г + 250 г - 44 г = 402 г
Определим искомую массовую долю хлорида аммония в образовавшемся растворе:
w(NH4Cl) = m(NH4Cl) / m(р-ра)ост. = 107 г / 402 г = 0,2662 или 26,62%