13.36. Рассчитайте массу аммиака, который потребуется для получения 200 кг азотной кислоты с массовой долей HNO3 60%. При расчете учтите, что массовая доля выхода конечного продукта при синтезе составляет 80%.

Для решения этой задачи необходимо учитывать уравнения реакций, протекающих при получении азотной кислоты из аммиака, а также массовую долю азотной кислоты и выход продукта.

1. Запишем уравнения реакций:

1. Окисление аммиака до оксида азота(II): $$4NH_3 + 5O_2 \rightarrow 4NO + 6H_2O$$
2. Окисление оксида азота(II) до оксида азота(IV): $$2NO + O_2 \rightarrow 2NO_2$$
3. Реакция оксида азота(IV) с водой для получения азотной кислоты: $$2NO_2 + H_2O \rightarrow HNO_3 + HNO_2$$
4. Диспропорционирование азотистой кислоты: $$3HNO_2 \rightarrow HNO_3 + 2NO + H_2O$$

Суммарное уравнение реакции:

$$NH_3 + 2O_2 \rightarrow HNO_3 + H_2O$$

2. Определим массу чистой азотной кислоты в 200 кг 60%-ного раствора:

Масса раствора = 200 кг

Массовая доля HNO3 = 60% = 0,6

Масса HNO3 = Масса раствора × Массовая доля HNO3

Масса HNO3 = 200 кг × 0,6 = 120 кг

3. Учитываем выход продукта (80%). Фактическая масса кислоты, которую нужно получить, больше, чем чистая масса, так как выход составляет 80%:

Выход = 80% = 0,8

Масса HNO3 (теоретическая) = Масса HNO3 (практическая) / Выход

Масса HNO3 (теоретическая) = 120 кг / 0,8 = 150 кг

4. Рассчитаем количество вещества азотной кислоты:

Молярная масса HNO3 = 1 + 14 + (3 × 16) = 63 г/моль = 0,063 кг/моль

Количество вещества HNO3 = Масса HNO3 / Молярная масса HNO3

Количество вещества HNO3 = 150 кг / 0,063 кг/моль ≈ 2380,95 моль

5. Согласно уравнению реакции, на 1 моль HNO3 требуется 1 моль NH3. Следовательно, количество вещества NH3 также составляет 2380,95 моль.

6. Рассчитаем массу аммиака:

Молярная масса NH3 = 14 + (3 × 1) = 17 г/моль = 0,017 кг/моль

Масса NH3 = Количество вещества NH3 × Молярная масса NH3

Масса NH3 = 2380,95 моль × 0,017 кг/моль ≈ 40,48 кг

Ответ: 40,48 кг