Какова масса хлората калия с 5% примесей, необходимая для производства достаточного объема кислорода для окисления

Чтобы решить эту задачу, нам следует использовать закон Дальтона для смеси газов. Закон Дальтона гласит, что сумма давлений всех газов в смеси равна общему давлению этой смеси. Мы можем использовать этот закон для нахождения необходимого количества кислорода.

Сначала мы посчитаем количество кислорода, необходимого для окисления 14 л аммиака (нормальных условиях). Зная, что в аммиаке соотношение между атомами составляет 1:3, то есть 1 молекула аммиака требует 3 молекул кислорода для окисления, мы можем записать следующее уравнение реакции:

4NH₃ + 3O₂ → 2N₂ + 6Н₂О

Из уравнения следует, что на каждые 4 молекулы аммиака (NH₃) требуется 3 молекулы кислорода (O₂), что соответствует соотношению 14:10.

Теперь мы можем использовать закон Дальтона, чтобы определить, какое количество кислорода нужно, чтобы получить 10 л аммиака. В этом случае мы можем сравнить давление кислорода (О₂) с давлением аммиака (NH₃) и определить необходимое количество кислорода.

Зависимость закона Дальтона относительно долей объемов газов можно выразить следующим уравнением:

\(P_{O₂} = \frac{{p_{O₂}}}{{p_{NH₃}}} \cdot P_{NH₃}\)

Где:
\(P_{O₂}\) - давление кислорода (которое мы ищем)
\(p_{O₂}\) - доля объема кислорода (которая должна составлять 3/4 или 0.75)
\(p_{NH₃}\) - доля объема аммиака (которая должна составлять 7/4 или 1.75)
\(P_{NH₃}\) - общее давление смеси газов

Теперь мы можем подставить значения и решить уравнение:

\(P_{O₂} = \frac{{0.75}}{{1.75}} \cdot P_{NH₃}\)

Так как давление аммиака (NH₃) равно давлению в смеси газов и составляет 1 атмосферу (так как речь идет о нормальных условиях), мы можем записать:

\(P_{O₂} = \frac{{0.75}}{{1.75}} \cdot 1\)

Вычислив эту дробь, получим:

\(P_{O₂} ≈ 0.4286\) атм

Теперь мы знаем давление кислорода (О₂), необходимое для окисления 10 л аммиака (н.у.).

Чтобы найти массу хлората калия, нам нужно знать стехиометрический коэффициент (n), который показывает, сколько молекул кислорода соответствует одной молекуле хлората калия.

Этот коэффициент можно найти из уравнения реакции, которое выглядит следующим образом:

2KClO₃ → 2KCl + 3O₂

Следовательно, на одну молекулу хлората калия приходится 3 молекулы кислорода. Значит, n = 3.

Теперь мы можем использовать идеальный газовый закон, чтобы определить количество вещества (n) кислорода, используя уравнение:

\(PV = nRT\)

Где:
P - давление в атмосферах (0.4286 атм)
V - объем в литрах (10 л)
n - количество вещества (неизвестное значение)
R - универсальная газовая постоянная (0.0821 л·атм/(моль·К))
T - температура в Кельвинах (273 К)

Мы можем решить это уравнение относительно n:

\(n = \frac{{PV}}{{RT}}\)

Подставим полученные значения:

\(n = \frac{{0.4286 \cdot 10}}{{0.0821 \cdot 273}}\)

Вычислив это выражение, найдем:

\(n ≈ 0.1668\) моль

Теперь мы знаем количество вещества кислорода, необходимого для окисления 10 л аммиака (н.у.).

И наконец, чтобы найти массу хлората калия, нам нужно узнать молярную массу хлората калия и использовать следующее уравнение:

\(m = n \cdot M\)

Где:
m - масса (неизвестное значение)
n - количество вещества (0.1668 моль)
M - молярная масса (неизвестное значение)

Молярную массу хлората калия можно найти, суммируя массу каждого элемента:

Масса калия (K) = 39.1 г/моль
Масса хлора (Cl) = 35.45 г/моль
Масса кислорода (O) = 16.00 г/моль

Так как в хлорате калия содержится 1 атом калия (K), 1 атом хлора (Cl) и 3 атома кислорода (O), мы можем посчитать молярную массу:

\(M = 39.1 + 35.45 + (3 \cdot 16.00)\)

Вычислив это выражение, получим:

\(M ≈ 122.55\) г/моль

Теперь мы можем использовать уравнение массы, чтобы найти массу хлората калия:

\(m = 0.1668 \cdot 122.55\)

Вычислив это выражение, получим:

\(m ≈ 20.41\) г

Итак, масса хлората калия, необходимая для производства достаточного количества кислорода для окисления 14 л аммиака, составляет около 20.41 г.