Задание №34 — Типы расчётных задач
К 125г водного раствора аммиака, в котором 56% от общей массы раствора составляет масса протонов в ядрах всех атомов, добавили 40,05 г хлорида алюминия. Через образовавшийся раствор пропустили сернистый газ, при этом прореагировало 2,24л (н.у.) газа. Вычислите массовые доли солей
в конечном растворе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи,
и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения
и обозначения искомых физических величин).
Проверка решения с помощью ИИ доступна авторизованным пользователям
Решение. Уравнения реакций, указанных в условии:
AlCl3 + 3NH3·H2O → Al(OH)3↓ + 3NH4Cl
NH3·H2O + SO2 → NH4HSO3
1. Состав раствора аммиака по массе протонов. В ядрах атомов одной молекулы NH3 содержится 7 + 3 · 1 = 10 протонов, значит на 17 г NH3 приходится 10 г протонов. В молекуле H2O протонов 8 + 2 · 1 = 10, то есть на 18 г воды — тоже 10 г протонов.
Пусть m(NH3) = x г, тогда m(H2O) = (125 − x) г и
10x/17 + 10(125 − x)/18 = 0,56 · 125 г = 70 г.
Разделив на 10 и умножив на 306: 18x + 17(125 − x) = 2142; x + 2125 = 2142; x = 17 г.
m(NH3) = 17 г; n(NH3) = 17 г / 17 г/моль = 1 моль; m(H2O) = 108 г.
2. Реакция с хлоридом алюминия: кто в избытке.
n(AlCl3) = 40,05 г / 133,5 г/моль = 0,3 моль.
На 0,3 моль AlCl3 по первому уравнению требуется 3 · 0,3 моль = 0,9 моль аммиака, а есть 1 моль, значит аммиак в избытке: вся соль алюминия прореагировала, выпало
n(Al(OH)3) = 0,3 моль, m(Al(OH)3) = 0,3 моль · 78 г/моль = 23,4 г,
образовалось n(NH4Cl) = 3 · 0,3 моль = 0,9 моль,
а не вступило в реакцию n(NH3, ост.) = 1 моль − 0,9 моль = 0,1 моль.
3. Поглощение сернистого газа.
n(SO2) = 2,24 л / 22,4 л/моль = 0,1 моль.
Оставшегося аммиака тоже 0,1 моль, то есть на 1 моль NH3 приходится 1 моль SO2, — аммиака недостаточно для средней соли, и образуется кислая соль:
n(NH4HSO3) = 0,1 моль.
Именно поэтому весь пропущенный газ (2,24 л) прореагировал полностью. Гидроксид алюминия с SO2 не взаимодействует и остаётся в осадке.
4. Масса конечного раствора. Раствор пополняется хлоридом алюминия и поглощённым газом и теряет осадок:
m(SO2) = 0,1 моль · 64 г/моль = 6,4 г;
m(р-ра кон.) = 125 г + 40,05 г + 6,4 г − 23,4 г = 148,05 г.
5. Массовые доли солей.
m(NH4Cl) = 0,9 моль · 53,5 г/моль = 48,15 г;
m(NH4HSO3) = 0,1 моль · 99 г/моль = 9,9 г;
ω(NH4Cl) = 48,15 г / 148,05 г = 0,3252, то есть 32,52 %;
ω(NH4HSO3) = 9,9 г / 148,05 г = 0,0669, то есть 6,69 %.
Проверка: азот сохраняется — 1 моль N в аммиаке = 0,9 моль в NH4Cl + 0,1 моль в NH4HSO3.
Ответ: AlCl3 + 3NH3·H2O → Al(OH)3↓ + 3NH4Cl; NH3·H2O + SO2 → NH4HSO3; ω(NH4Cl) ≈ 32,52 %, ω(NH4HSO3) ≈ 6,69 %.
Источник: ФИПИ