Масса компонентов пороха 100 г по стехиометрии
Порох представляет собой смесь селитры (KNO3), серы и угля. Реакцию горения пороха можно описать схемой: KNO3 + C + S ⟶ N2 + CO2↑ + K2S↑. Составьте схему электронного баланса и преобразуйте данную схему в уравнение реакции. Вычислите, какая масса нитрата калия (калиевой селитры), угля и серы потребуется для получения пороха массой 100 г, если количество исходных веществ взять в стехиометрическом отношении.
Дано
`m(пороха) = 100 text{ г}`
Найти
`m(KNO_3) = text{ ?}`
`m(C) = text{ ?}`
`m(S) = text{ ?}`
Решение
Составим уравнение реакции горения пороха, используя метод электронного баланса. Исходя из продуктов, реакция имеет вид:
`2KNO_3 + 3C + S = K_2S + N_2 + 3CO_2`
Найдём молярную массу пороха как сумму молярных масс компонентов в стехиометрических коэффициентах:
`M(пороха) = 2*M(KNO_3) + 3*M(C) + M(S) = 2*101 + 3*12 + 32 = 270 text{ г/моль}`
Найдём количество вещества пороха:
`n(пороха) = (m(пороха))/(M(пороха)) = 100/270 = 0.3704 text{ моль}`
Согласно уравнению реакции, количество вещества нитрата калия в 2 раза больше количества вещества пороха:
`n(KNO_3) = 2*n(пороха) = 2*0.3704 = 0.7407 text{ моль}`
Найдём массу нитрата калия:
`m(KNO_3) = n(KNO_3)*M(KNO_3) = 0.7407*101 = 74.81 text{ г}`
Согласно уравнению реакции, количество вещества угля в 3 раза больше количества вещества пороха:
`n(C) = 3*n(пороха) = 3*0.3704 = 1.111 text{ моль}`
Найдём массу угля:
`m(C) = n(C)*M(C) = 1.111*12 = 13.33 text{ г}`
Согласно уравнению реакции, количество вещества серы равно количеству вещества пороха:
`n(S) = n(пороха) = 0.3704 text{ моль}`
Найдём массу серы:
`m(S) = n(S)*M(S) = 0.3704*32 = 11.85 text{ г}`
Ответ
`m(KNO_3) = 74.81 text{ г}`
`m(C) = 13.33 text{ г}`
`m(S) = 11.85 text{ г}`
Дополнительно
| `2KNO_3 + 3C + S = K_2S + N_2 + 3CO_2` | ||||
| `N^(+5) + 5ē → N^(0)` | `5` | `10` | `2` | окислитель (восстановление) |
| `C^(0) - 4ē → C^(+4)` | `4` | `3` | восстановитель (окисление) | |