Формула нитрата калия

Определение и формула нитрата калия

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Нитрат калия (калийная или индийская селитра) – соль металла калия и азотной кислоты.

Химическая и структурная формула нитрата калия

Химическая формула – $KNO_3$

Молярная масса равна $101,1$ г/моль.

Физические свойства – это твёрдое кристаллическое вещество, представляющее из себя бесцветные ромбические или гексагональной кристаллы, с плотностью 2,11 г/см $^3$ , хорошо растворяется в воде 31,6 г/100 г ( $20^{\circ} C$ ), температура плавления $334^{\circ} C$ , при $400^{\circ} C$ разлагается.

Химические свойства нитрата калия

$KNO_3$ взаимодействует с восстановителями:
$KNO_3 + 2H (Zn + HCl) = KNO_2 + H_2O$

$2KNO_3 + (NH_4)_2SO_4 = K_2SO_4 + 2N_2O \uparrow + 4H_2O$

$6KNO_3 + 10Al = 6KAlO_2 + 2Al_2O_3 + 3N_2 \uparrow$

$KNO_3 + Pb = KNO_2 + PbO$

$3KNO_3 + 2KOH + Fe = K_2FeO_4 + 3KNO_2 + H_2O$
При нагревании $KNO_3$ разлагается:
$2KNO_3 = 2KNO_2 + O_2 \uparrow$

Получение

Нитрат калия получают с помощью следующих реакций:

$Ca(NO_3)_2 + K_2CO_3 = 2KNO_3 + CaCO_3 \downarrow$

$K_2CO_3 + 2HNO_3 = 2KNO_3 + H_2O + CO_2 \downarrow$

Качественная реакция

Качественной реакцией на ионы калия является образование жёлтого кристаллического осадка гексанитрокобальтата (III) калия-натрия при добавлении к раствору гексанитрокобальтата (III) натрия:

$2KNO_3 + Na_3[Co(NO_2)_6] = K_2Na[Co(NO_2)_6] \downarrow + 2NaNO_3$

Применение

Нитрат калия в основном применяют в качестве удобрения, используют также в пиротехнике, в создании дымного пороха, производстве прочного стекла, в переработке никелевой руды, в пищевой промышленности как консервант.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Рассчитайте изменение энергии Гиббса и константу равновесия реакции термического разложения $KNO_3$ при $298 K$ .

Решение

Запишем уравнение реакции:

$2KNO_3 \rightleftharpoons 2KNO_2 + O_2 \uparrow$

Найдем стандартное изменение энергии Гиббса:

$\Delta G^0 = \Delta G^0(O_2) + 2 \cdot \Delta G^0 (KNO_2) - 2 \cdot \Delta G^0 (KNO_3)$

$\Delta G^0 = 0 - 2 \cdot 281,6 + 2 \cdot 392,75 = 222,3$ кДж/моль = 222300 Дж/моль

Рассчитаем константу равновесия:

$K_p = e^{-\frac{\Delta G}{R \cdot T}} = e^{-\frac{222300}{8,314 \cdot 298}} = 1,079 \cdot 10^{-39}$

Рассчитаем первоначальное парциальное давление кислорода $O_2$ в воздухе $(P(O_2))$ :

$\varphi (O_2) = 20,9476 \%; 0,209476$ объемная доля

$P(O_2) = P \cdot \varphi (O_2) = 1 \cdot 0,209476 = 0,209476$ атм

$P$ — общее давление (нормальное атмосферное давление)

Рассчитаем изменение энергии Гиббса:

$\Delta G = - R \cdot T \cdot \ln K_p + R \cdot T \cdot \ln P(O_2) = \Delta G^0 + R \cdot T \cdot \ln P(O_2)$

$\Delta G = 222300+ 8,314 \cdot 298 \cdot \ln 0,209476 = 218427$ Дж/моль = 218,427 КДж/моль

Ответ

$K_p = 1,079 \cdot 10^{-39}, \Delta G = 218,427$ КДж/моль

ПРИМЕР 2

Задание

Рассчитайте производную ЭДС по температуре при $298 K$ для реакции взаимодействия $KNO_3$ с $FeSO_4$ в кислой среде с образованием газообразного азота как одного из продуктов реакции.

Решение

Запишем реакцию и уравняем ее:

$2KNO_3 + 10FeSO_4 + 6H_2SO_4 \rightarrow 5Fe_2(SO_4)_3 + N_2 \uparrow + K_2SO_4 + 6H_2O$

$2NO_3^- + 12H^+ + 10e \rightarrow N_2 + 6H_2O |10|1|$

$2Fe^{2+} - 2e \rightarrow 2Fe^{3+} |2|5|$

$2NO_3^- + 12H^+ + 10Fe^{2+} \rightarrow N_2 + 6H_2O + 10Fe^{3+}$

Рассчитаем изменение энтропии реакции:

$\Delta S = 10 \cdot \Delta S (Fe^{3+}) + 6 \cdot \Delta S(H_2O) + \Delta S(N_2) - 10 \cdot \Delta S(Fe^{2+}) - 12 \cdot \Delta S(H^+) - 2 \cdot \Delta S(NO_3^-)$