Задание №34 — Типы расчётных задач
Растворимость хлорида алюминия при некоторой температуре составляет 53,4 г на 100 г воды. Приготовленный при этой температуре насыщенный раствор хлорида алюминия массой 767 г разлили по двум колбам. В первую колбу добавили избыток раствора нитрата серебра, при этом выпало 344,4 г осадка. Во вторую колбу добавили 960 г 40%-ного раствора гидроксида натрия. Вычислите массовую долю хлорида натрия в растворе, образовавшемся 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. Уравнения реакций, указанных в условии:
AlCl3 + 3AgNO3 → 3AgCl↓ + Al(NO3)3
AlCl3 + 3NaOH → Al(OH)3↓ + 3NaCl
Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4]
Суммарно во второй колбе (щёлочь в избытке): AlCl3 + 4NaOH → Na[Al(OH)4] + 3NaCl
1. Состав насыщенного раствора. Растворимость 53,4 г на 100 г воды означает, что 53,4 г AlCl3 содержатся в 153,4 г насыщенного раствора. Поэтому во всём растворе:
m(AlCl3) = 767 г · 53,4 / 153,4 = 267 г;
n(AlCl3) = m/M = 267 г / 133,5 г/моль = 2 моль;
m(H2O) = 767 г − 267 г = 500 г.
2. Какая часть раствора попала в первую колбу. Нитрат серебра взят в избытке, значит весь хлорид-ион первой порции перешёл в осадок AgCl:
n(AgCl) = 344,4 г / 143,5 г/моль = 2,4 моль.
По первому уравнению на 1 моль AlCl3 приходится 3 моль AgCl, следовательно
n1(AlCl3) = 2,4 моль / 3 = 0,8 моль;
m1(AlCl3) = 0,8 моль · 133,5 г/моль = 106,8 г.
Раствор в колбе тоже насыщенный, поэтому его масса
m1(р-ра) = 106,8 г · 153,4 / 53,4 = 306,8 г.
3. Что попало во вторую колбу.
m2(р-ра) = 767 г − 306,8 г = 460,2 г;
n2(AlCl3) = 2 моль − 0,8 моль = 1,2 моль.
4. Избыток или недостаток щёлочи.
m(NaOH) = 960 г · 0,4 = 384 г; n(NaOH) = 384 г / 40 г/моль = 9,6 моль.
Чтобы перевести 1,2 моль AlCl3 сначала в Al(OH)3, а затем в растворимый Na[Al(OH)4], нужно 4 · 1,2 моль = 4,8 моль NaOH. Взято 9,6 моль > 4,8 моль, значит щёлочь в избытке (остаётся 9,6 − 4,8 = 4,8 моль), весь алюминий находится в растворе в виде тетрагидроксоалюмината и осадка во второй колбе нет.
5. Массовая доля хлорида натрия. Весь хлор соли переходит в NaCl:
n(NaCl) = 3 · n2(AlCl3) = 3 · 1,2 моль = 3,6 моль;
m(NaCl) = 3,6 моль · 58,5 г/моль = 210,6 г.
Ни газ, ни осадок раствор не покидают, поэтому
m(р-ра кон.) = 460,2 г + 960 г = 1420,2 г;
ω(NaCl) = 210,6 г / 1420,2 г = 0,1483, то есть 14,83 %.
Проверка: 0,8 моль + 1,2 моль = 2 моль — вся соль распределена между колбами; 306,8 г + 460,2 г = 767 г — вся масса исходного раствора.
Ответ: AlCl3 + 3AgNO3 → 3AgCl↓ + Al(NO3)3; AlCl3 + 4NaOH → Na[Al(OH)4] + 3NaCl; ω(NaCl) ≈ 14,83 %.
Источник: ФИПИ