Задание №34 — Типы расчётных задач
При нагревании образца нитрата алюминия часть вещества разложилась. При этом выделилось 10,08 л (в пересчёте на н.у.) смеси газов. Для полного растворения образовавшегося твёрдого остатка необходимо затратить 60 г 40%-ного раствора гидроксида натрия. При этом образовался тетрагидроксоалюминат натрия. Определите массу исходного образца нитрата алюминия.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи,
и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).
Проверка решения с помощью ИИ доступна авторизованным пользователям
Решение. Нитрат алюминия при нагревании разлагается до оксида алюминия, оксида азота(IV) и кислорода. Твёрдый остаток — смесь оксида алюминия и неразложившегося нитрата; со щёлочью реагируют оба, причём алюминий в обоих случаях переходит в тетрагидроксоалюминат натрия.
Уравнения реакций:
1) 4Al(NO3)3 → (t°) 2Al2O3 + 12NO2↑ + 3O2↑
2) Al2O3 + 2NaOH + 3H2O → 2Na[Al(OH)4]
3) Al(NO3)3 + 4NaOH → Na[Al(OH)4] + 3NaNO3
1. Разложившаяся часть.
n(смеси газов) = 10,08 л / 22,4 л/моль = 0,45 моль
По уравнению 1 газы образуются в отношении n(NO2) : n(O2) = 12 : 3 = 4 : 1, то есть на 5 частей смеси приходится 4 части NO2:
n(NO2) = 0,45 моль · 4/5 = 0,36 моль; n(O2) = 0,45 моль · 1/5 = 0,09 моль
На 4 моль разложившейся соли выделяется 12 моль NO2, значит
n(Al(NO3)3, разлож.) = 0,36 моль / 3 = 0,12 моль
n(Al2O3) = 0,12 моль / 2 = 0,06 моль
2. Неразложившаяся часть — через щёлочь.
m(NaOH) = 60 г · 0,40 = 24 г; n(NaOH) = 24 г / 40 г/моль = 0,6 моль
Пусть в остатке z моль Al(NO3)3. По уравнению 2 на 1 моль Al2O3 расходуется 2 моль NaOH, по уравнению 3 на 1 моль Al(NO3)3 — 4 моль NaOH (три на связывание нитрат-ионов и одна на образование алюмината). Щёлочи взято ровно столько, сколько нужно:
2 · 0,06 моль + 4z = 0,6 моль → 0,12 + 4z = 0,6 → z = 0,12 моль
3. Масса исходного образца. Исходная соль — это разложившаяся часть плюс оставшаяся:
n(Al(NO3)3, исх.) = 0,12 моль + 0,12 моль = 0,24 моль
M(Al(NO3)3) = 27 г/моль + 3 · 62 г/моль = 213 г/моль
m(Al(NO3)3) = 0,24 моль · 213 г/моль = 51,12 г
Проверка: по алюминию — 0,24 моль Al распределились как 0,06 моль Al2O3 (это 0,12 моль Al) и 0,12 моль оставшейся соли; масса твёрдого остатка 0,06 моль · 102 г/моль + 0,12 моль · 213 г/моль = 6,12 г + 25,56 г = 31,68 г, что вместе с массой газов (0,36 моль · 46 г/моль + 0,09 моль · 32 г/моль = 16,56 г + 2,88 г = 19,44 г) даёт 51,12 г — исходную массу.
Ответ: m(Al(NO3)3) = 51,12 г.
Источник: ФИПИ