Задание №61288 ЕГЭ по Химии

1. По условию протекают реакции:
[1] NH₃ + HNO₃ → NH₄NO₃
[2] Fe₂(SO₄)₃ + 6NH₃ + 6H₂O → 2Fe(OH)₃ + 3(NH₄)₂SO₄

2. Найдем массу аммиака в насыщенном растворе:
n_{в насыщ. р-ре} NH₃ = V_{в насыщ. р-ре} NH₃ / V_m = 672 / 22,4 = 30 моль
m_{в насыш. р-ре} NH₃ = n_{в насыщ. р-ре} NH₃ ⋅ M NH₃ = 30 ⋅ 17 = 510 г

3. Найдем число моль аммиака в насыщенном растворе:
Пусть m NH₃ = x г, тогда
510 / 1000 = x / 50
x = 25,5; m NH₃ = 25,5 г
n NH₃ = m NH₃ / M NH₃ = 25,5 / 17 = 1,5 моль

4. Найдем массовую долю аммиака в исходном растворе:
m_р-ра NH₃ = m NH₃ + m H₂O = 25,5 + 50 = 75,5 г
ω NH₃ = m NH₃ / m_р-ра NH₃ = 25,5 / 75,5 = 0,3377

5. Найдем число моль азотной кислоты в растворе:
m HNO₃ = m_р-ра HNO₃ ⋅ ω HNO₃ = 315 ⋅ 0,1 = 31,5 г
n HNO₃ = m HNO₃ / M HNO₃ = 31,5 / 63 = 0,5 моль

6. Найдем число моль аммиака в первой колбе:
n₁ NH₃ = n HNO₃ = 0,5 моль

7. Найдем число моль аммиака во второй колбе:
n₂ NH₃ = n NH₃ – n₁ NH₃ = 1,5 – 0,5 = 1 моль

8. Найдем число моль сульфата железа(III) в растворе:
m Fe₂(SO₄)₃ = m_р-ра Fe₂(SO₄)₃ ⋅ ω Fe₂(SO₄)₃ = 400 ⋅ 0,1 = 40 г
n Fe₂(SO₄)₃ = m Fe₂(SO₄)₃ / M Fe₂(SO₄)₃ = 40 / 400 = 0,1 моль

9. Определим, кто из реагентов во второй реакции находится в недостатке:
поделим моли аммиака во второй колбе и сульфата железа(III) на свои коэффициенты
NH₃ : Fe₂(SO₄)₃
(1 / 6) : (0,1 / 1)
(1 / 6) > (0,1 / 1)
NH₃ > Fe₂(SO₄)₃

Приходим к выводу, что NH₃ находится в избытке, а Fe₂(SO₄)₃ в недостатке. Далее расчеты идут по недостатку, то есть по Fe₂(SO₄)₃.

10. Найдем массу выделившегося гидроксида железа(III), выпавшего в осадок:
n Fe(OH)₃ = 2n Fe₂(SO₄)₃ = 2 ⋅ 0,1 = 0,2 моль
m Fe(OH)₃ = n Fe(OH)₃ ⋅ M Fe(OH)₃ = 0,2 ⋅ 107 = 21,4 г

11. Найдем массу образовавшегося сульфата аммония:
n (NH₄)₂SO₄ = 3n Fe₂(SO₄)₃ = 3 ⋅ 0,1 = 0,3 моль
m (NH₄)₂SO₄ = n (NH₄)₂SO₄ ⋅ M (NH₄)₂SO₄ = 0,3 ⋅ 132 = 39,6 г

12. Найдем массу раствора аммиака, добавленного во вторую колбу:
m₂ NH₃ = n₂ NH₃ ⋅ M NH₃ = 1 ⋅ 17 = 17 г
ω NH₃ = ω₂ NH₃ = 0,3377
m_р-ра NH₃ = m₂ NH₃ / ω₂ NH₃ = 17 / 0,3377 = 50,3 г  

13. Найдем массу конечного раствора:
m_{конечн. р-ра} = m_{добавл. р-ра} NH₃ + m_р-ра Fe₂(SO₄)₃ – m Fe(OH)₃ = 50,3 + 400 – 21,4 = 428,9 г

14. Найдем массовую долю сульфата аммония в конечном растворе:
ω (NH₄)₂SO₄ = m (NH₄)₂SO₄ / m_{конечн. р-ра} = 39,6 / 428,9 = 0,092 → 9,2%

Ответ: ω (NH₄)₂SO₄ = 9,2%

Источник: Реальное задание ЕГЭ (собрано Ермолаевым И. С.)