Задание №34 — Основы органической химии
Растворимость безводного сульфида натрия при некоторой температуре составляет 15,6 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили 289 г насыщенного раствора сульфида натрия. Раствор разлили в две колбы.
К раствору в первой колбе добавили избыток раствора хлорида алюминия.
К раствору во второй колбе добавили 100 г соляной кислоты, также взятой
в избытке. При этом объём газа, выделившийся из второй колбы, оказался
в 1,5 раза больше объёма газа, выделившегося из первой колбы. (Объёмы газов измерены при одинаковых условиях). Определите массовую долю хлорида натрия в конечном растворе во второй колбе.
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. Сульфид натрия с хлоридом алюминия подвергается взаимному усилению гидролиза (выделяется сероводород и выпадает гидроксид алюминия), а с соляной кислотой даёт сероводород как более слабую кислоту.
Уравнения реакций:
3Na2S + 2AlCl3 + 6H2O → 2Al(OH)3↓ + 3H2S↑ + 6NaCl
Na2S + 2HCl → 2NaCl + H2S↑
Насыщенный раствор. В 100 г воды растворяется 15,6 г Na2S, то есть в (100 + 15,6) = 115,6 г насыщенного раствора содержится 15,6 г соли:
m(Na2S) = 289 г · 15,6 г / 115,6 г = 39 г; n(Na2S) = 39 г / 78 г/моль = 0,5 моль.
Разделение на две колбы. Пусть в первой колбе n1 моль Na2S, во второй n2 моль, n1 + n2 = 0,5 моль.
В обеих реакциях на 1 моль Na2S приходится 1 моль H2S (в первом уравнении 3 моль соли дают 3 моль газа), причём оба реагента взяты в избытке, поэтому весь сульфид прореагировал. Объёмы газов относятся как их количества:
n2 = 1,5 · n1; n1 + 1,5n1 = 0,5 моль, отсюда n1 = 0,2 моль, n2 = 0,3 моль.
Вторая колба. Масса порции раствора пропорциональна количеству соли в ней:
m(порции) = 289 г · 0,3 моль / 0,5 моль = 173,4 г;
n(NaCl) = 2 · n2 = 0,6 моль; m(NaCl) = 0,6 моль · 58,5 г/моль = 35,1 г;
n(H2S) = 0,3 моль; m(H2S) = 0,3 моль · 34 г/моль = 10,2 г;
m(р-ра) = 173,4 г + 100 г − 10,2 г = 263,2 г (осадка нет, кислота взята в избытке и её остаток остаётся в растворе).
Массовая доля хлорида натрия: w(NaCl) = 35,1 г / 263,2 г · 100 % = 13,34 %.
Проверка: V(H2S) во второй колбе / V(H2S) в первой = 0,3 моль / 0,2 моль = 1,5 — соответствует условию.
Ответ: 3Na2S + 2AlCl3 + 6H2O → 2Al(OH)3↓ + 3H2S↑ + 6NaCl; Na2S + 2HCl → 2NaCl + H2S↑; w(NaCl) = 13,34 %.
Источник: ФИПИ