Номер 4, страница 52 - гдз по химии 9 класс сборник контрольных и самостоятельных работ Сеген, Алексеева

Дано:

Объем азота при нормальных условиях: $V(N_2) = 17.92 \text{ дм}^3$

Масса лития: $m(Li) = 4.2 \text{ г}$

Перевод в СИ:

Молярный объем газов при нормальных условиях: $V_m = 22.4 \text{ дм}^3/\text{моль}$

Молярная масса лития: $M(Li) = 6.94 \text{ г}/\text{моль}$

Молярная масса азота: $M(N_2) = 2 \cdot 14.01 = 28.02 \text{ г}/\text{моль}$

Молярная масса нитрида лития: $M(Li_3N) = 3 \cdot M(Li) + M(N) = 3 \cdot 6.94 + 14.01 = 20.82 + 14.01 = 34.83 \text{ г}/\text{моль}$

Найти:

Масса нитрида лития: $m(Li_3N)$

Решение:

Химическая реакция взаимодействия лития с азотом описывается следующим уравнением:

$6Li + N_2 \rightarrow 2Li_3N$

1. Расчет количества вещества азота:

Используем формулу для количества вещества газа при нормальных условиях:

$n(N_2) = \frac{V(N_2)}{V_m}$

$n(N_2) = \frac{17.92 \text{ дм}^3}{22.4 \text{ дм}^3/\text{моль}} = 0.8 \text{ моль}$

2. Расчет количества вещества лития:

Используем формулу для количества вещества по массе:

$n(Li) = \frac{m(Li)}{M(Li)}$

$n(Li) = \frac{4.2 \text{ г}}{6.94 \text{ г}/\text{моль}} \approx 0.605 \text{ моль}$

3. Определение лимитирующего реагента:

Согласно стехиометрии уравнения реакции $6Li + N_2 \rightarrow 2Li_3N$, для полного взаимодействия 1 моль азота требуется 6 моль лития.

Фактическое молярное соотношение лития к азоту: $\frac{n(Li)}{n(N_2)} = \frac{0.605 \text{ моль}}{0.8 \text{ моль}} \approx 0.756$

Стехиометрическое молярное соотношение: $\frac{6 \text{ моль } Li}{1 \text{ моль } N_2} = 6$

Поскольку фактическое соотношение ($0.756$) меньше стехиометрического ($6$), литий находится в недостатке и является лимитирующим реагентом.

Альтернативно, проверим, сколько лития требуется для реакции с имеющимся азотом: $n(Li)_{потр} = 6 \cdot n(N_2) = 6 \cdot 0.8 \text{ моль} = 4.8 \text{ моль}$. У нас есть только $0.605 \text{ моль}$ лития, что подтверждает, что литий - лимитирующий реагент.

4. Расчет количества вещества нитрида лития по лимитирующему реагенту:

Так как литий является лимитирующим реагентом, расчет продукта ведется по нему.

Из уравнения реакции видно, что $6 \text{ моль } Li$ образуют $2 \text{ моль } Li_3N$.

Следовательно, соотношение $n(Li) : n(Li_3N) = 6 : 2 = 3 : 1$.

$n(Li_3N) = \frac{1}{3} \cdot n(Li)$

$n(Li_3N) = \frac{1}{3} \cdot 0.605 \text{ моль} \approx 0.2017 \text{ моль}$

5. Расчет массы нитрида лития:

Используем формулу для массы вещества:

$m(Li_3N) = n(Li_3N) \cdot M(Li_3N)$

$m(Li_3N) = 0.2017 \text{ моль} \cdot 34.83 \text{ г}/\text{моль}$

$m(Li_3N) \approx 7.026 \text{ г}$

Ответ:

Масса нитрида лития, образующегося в результате реакции, составляет примерно $7.03 \text{ г}$.