Сколько граммов нитрида кальция образуется при взаимодействии 1,12 л (н.у) азота с 14 г кальция?

Ответы на вопрос

Отвечает Смирнова Соня.

Задача: Сколько граммов нитрида кальция (Ca₃N₂) образуется при взаимодействии 1,12 л (н.у) азота с 14 г кальция? Какое вещество взято в избытке и в каком количестве?

Шаг 1. Напишем уравнение реакции.

Взаимодействие кальция с азотом описывается реакцией:

$3Ca + N_2 \rightarrow Ca_3N_2$

Шаг 2. Рассчитаем молекулярные массы веществ.

Молекулярная масса кальция (Ca): $40 \, \text{г/моль}$
Молекулярная масса нитрида кальция (Ca₃N₂): $(3 \times 40) + (2 \times 14) = 120 + 28 = 148 \, \text{г/моль}$
Молекулярная масса азота (N₂): $28 \, \text{г/моль}$

Шаг 3. Рассчитаем количество вещества кальция.

Масса кальция = 14 г. Используем формулу для нахождения количества вещества:

n_{\text{Ca}} = \frac{m_{\text{Ca}}}{M_{\text{Ca}}} = \frac{14}{40} = 0,35 \, \text{моль}

Шаг 4. Рассчитаем количество вещества азота.

Объем газа при нормальных условиях (н.у.) равен 22,4 л на 1 моль. У нас есть 1,12 л азота, значит:

n_{\text{N}_2} = \frac{V}{22,4} = \frac{1,12}{22,4} = 0,05 \, \text{моль}

Шаг 5. Найдем, какое количество вещества каждого реагента нужно для реакции.

Из уравнения реакции видно, что на 3 моль кальция требуется 1 моль азота. То есть, для 0,35 моль кальция потребуется:

n_{\text{N}_2, \text{нужно}} = \frac{1}{3} \times 0,35 = 0,1167 \, \text{моль N}_2

Шаг 6. Сравним количество веществ.

У нас есть только 0,05 моль азота, а нужно 0,1167 моль. Это означает, что азот является лимитирующим веществом, а кальций взят в избытке.

Шаг 7. Рассчитаем, сколько нитрида кальция образуется.

Так как азот является лимитирующим веществом, рассчитываем количество нитрида кальция по азоту. Из уравнения реакции видно, что 1 моль N₂ дает 1 моль Ca₃N₂. Значит, из 0,05 моль азота образуется 0,05 моль Ca₃N₂.

Теперь находим массу Ca₃N₂:

m_{\text{Ca}_3\text{N}_2} = n_{\text{Ca}_3\text{N}_2} \times M_{\text{Ca}_3\text{N}_2} = 0,05 \times 148 = 7,4 \, \text{г}

Шаг 8. Рассчитаем избыток кальция.

Для реакции с 0,05 моль азота требуется:

n_{\text{Ca}, \text{нужно}} = 3 \times 0,05 = 0,15 \, \text{моль Ca}

Так как у нас есть 0,35 моль кальция, то избыток кальция:

n_{\text{Ca}, \text{избыток}} = 0,35 - 0,15 = 0,2 \, \text{моль Ca}

Масса избытка кальция:

m_{\text{Ca}, \text{избыток}} = n_{\text{Ca}, \text{избыток}} \times M_{\text{Ca}} = 0,2 \times 40 = 8 \, \text{г}

Ответ:

Образуется 7,4 г нитрида кальция (Ca₃N₂).
В избытке находится 8 г кальция.

Последние заданные вопросы в категории Химия