Химия
8 класс
Вопрос
Образец технической аммиачной селитры массой 1 г смешали с соответствующим образом подобранным количеством сплава Деварда (50 % $Cu$, 45 % $Al$, 5 % $Zn$) и прокипятили с раствором едкого натра. Выделяющиеся газы пропустили через промывную склянку, содержащую 62 см^3 0,2 н. раствора серной кислоты. После завершения реакции оставшуюся в промывной склянке кислоту оттитровали 14 см^3 0,1 н. раствора едкого кали. К другому образцу той же аммиачной селитры массой 8,3 г добавили 22,31 г раствора серной кислоты. Оставшиеся после завершения реакции вещества имели массу 28,784 г.
Напишите уравнения реакций, использованных в процессе исследования технической аммиачной селитры, и определите ее состав (в процентах по массе), если известно, что кроме аммиачной селитры и известняка она содержит еще некоторое количество примесей, которые не выделяют газов ни при действии щелочей, ни при действии кислот.
Ответ
В состав образца аммиачной селитры входят нитрат аммония $NH_4NO_3$, карбонат кальция $CaCO_3$ и неизвестные примеси. При нагревании образца с раствором щелочи и сплавом Деварда происходят реакции
$NH_4^{+} + OH^{-} = [NH_3 \cdot H_2O] = NH_3 \uparrow + H_2O$,
$3NO_3^{-} + 8Al + 5OH^{-} + 2H_2O = 8AlO_2 + 3NH_3 \uparrow$,
$NO_3^{-} + 4Zn + 7OH^{-} = 4ZNO_2^{2-} + 2H_2O + NH3 \uparrow$,
$2OH^{-} + 2Al + 2H_2O = 2AlO_2^{-} + 3H_2 \uparrow$.
При действии серной кислоты на содержащийся в образце известняк выделяется $CO_2$
$CaCO_3 + 2H^{+} + SO_4^{2-} = CaSO_4 + H_2O + CO_2$.
Выделяющийся аммиак поглощается кислотой
$NH_3 + H^{+} = NH_4^{+}$.
Избыток кислоты оттитровывается щелочью
$H^{+} + OH^{-} = H_2O$.
Из 1 моля нитрата аммония образуется 2 моля аммиака, поэтому количество молей соли в образце вдвое меньше количества грамм-эквивалентов кислоты, израсходованной на поглощение аммиака
$n_1 = 1/2 (н_1 \cdot V_1 - н_2 \cdot V_2) = 1/2 (NULL,2 \cdot 0,062 - 0,1 \cdot 0,014) = 1/2 (NULL,0124 - 0,0014) = 0,0055$ моля $NH_4NO_3$.
Содержание $NH_4NO_3$ в образце
$c_{ \%} = (n_1 \cdot M_1)/m_1 = (NULL,0055 \cdot 80)/1 = 44 \% NH_4NO_3$.
Масса двуокиси углерода, выделившейся из известняка при действии серной кислоты
$m_{CO_2} = m_{\: селитры} + m_{\: кислоты} - m_{\: сульфата} = 8,3 + 22,310 - 28,784 = 1,826$ г.
Содержание $CaCO_3$ ($M = 100$) в образце $(NULL,826 : 44) \cdot 100 = 4,15 \: г CaCO_3$, что соответствует $(NULL,15 : 8,3) \cdot 100 = 50 \% CaCO_3$.
Следовательно, образец содержит 44 % $NH_4NO_3$, 50 % $CaCO_3$ и 6 % инертных примесей.