Question

Для получения нитрата калия из его карбоната в лабораторных условиях можно использовать следующий способ. Навеску карбоната калия растворить в стехиометрическом количестве раствора азотной кислоты с массовой долей HNO3 30 % при нагревании до 80 о С. Полученный раствор охладить до 0 о С. При этом часть соли из раствора выпадет в осадок, который следует отфильтровать и высушить. а) Какой объём раствора азотной кислоты (плотность 1,18 г/мл) потребуется для описанного синтеза, если взять навеску карбоната калия массой 50 г? б) Чему будет равна масса полученного раствора при 80 о С? в) Рассчитайте массу соли, которая выпадет в осадок при охлаждении полученного раствора до 0 о С, если её массовая доля в насыщенном при этой температуре растворе равна 11,7 %.

Answer 1

дано:

- масса карбоната калия (K2CO3): m(K2CO3) = 50 г
- массовая доля HNO3: w(HNO3) = 30% = 0,30
- плотность раствора HNO3: d(HNO3) = 1,18 г/мл

найти:

а) объём раствора HNO3, необходимый для реакции

б) массу полученного раствора при 80 °C

в) массу соли, которая выпадет в осадок при охлаждении до 0 °C

решение:

а) Сначала найдем количество вещества карбоната калия:

M(K2CO3) = 39,10 (K) * 2 + 12,01 (C) + 16,00 * 3 (O) = 138,21 г/моль

n(K2CO3) = m(K2CO3) / M(K2CO3) = 50 г / 138,21 г/моль ≈ 0,362 моль

Реакция между карбонатом калия и азотной кислотой протекает по следующему уравнению:

K2CO3 + 2HNO3 → 2KNO3 + H2O + CO2↑

Из уравнения видно, что на 1 моль K2CO3 нужно 2 моли HNO3. Следовательно:

n(HNO3) = 2 * n(K2CO3) = 2 * 0,362 моль ≈ 0,724 моль

Теперь найдем массу HNO3, необходимую для реакции:

M(HNO3) = 1,01 (H) + 14,01 (N) + 16,00 (O) * 3 = 63,01 г/моль

m(HNO3) = n(HNO3) * M(HNO3) = 0,724 моль * 63,01 г/моль ≈ 45,7 г

Теперь найдем объём раствора HNO3:

m(раствора) = m(HNO3) / w(HNO3)
m(раствора) = 45,7 г / 0,30 ≈ 152,33 г

V(раствора) = m(раствора) / d(HNO3)
V(раствора) = 152,33 г / 1,18 г/мл ≈ 128,96 мл

Ответ: Объём раствора азотной кислоты, необходимого для синтеза, составляет примерно 128,96 мл.

б) Найдём массу полученного раствора при 80 °C. Мы получили KNO3 и воду в результате реакции. Находим массу полученного раствора:

m(полученного раствора) = m(K2CO3) + m(HNO3) + m(H2O) + m(CO2)

Массу воды (H2O) можно найти из уравнения. На каждую молекулу K2CO3 образуется одна молекула H2O. Следовательно, количество H2O будет равно количеству K2CO3.

m(H2O) = n(K2CO3) * M(H2O) = 0,362 моль * 18,02 г/моль ≈ 6,53 г

m(CO2) = n(K2CO3) * M(CO2) = 0,362 моль * 44,01 г/моль ≈ 15,95 г

Теперь суммируем все массы:

m(полученного раствора) = m(K2CO3) + m(HNO3) + m(H2O) + m(CO2)
m(полученного раствора) = 50 г + 45,7 г + 6,53 г + 15,95 г ≈ 118,18 г

Ответ: Масса полученного раствора при 80 °C составит примерно 118,18 г.