Вопрос школьника
Карбид алюминия обработали 320 г 22%-ой соляной кислоты. При этом выделилось 6,72 л метана (н. у.). Рассчитайте массовые доли веществ в полученном растворе.
Ответ от учителя
Для решения задачи необходимо использовать уравнение реакции между карбидом алюминия и соляной кислотой:
Al4C3 + 12HCl → 4AlCl3 + 3CH4
Из уравнения видно, что на каждые 4 молекулы карбида алюминия требуется 12 молекул соляной кислоты, чтобы полностью прореагировать. Также видно, что при реакции образуется 3 молекулы метана на каждые 4 молекулы карбида алюминия.
Исходя из этого, можно рассчитать количество молей карбида алюминия, которое было использовано:
n(Al4C3) = m(Al4C3) / M(Al4C3) = 320 г / 265,77 г/моль = 1,204 моль
Затем можно рассчитать количество молей соляной кислоты, которое было использовано:
n(HCl) = V(HCl) * c(HCl) = 6,72 л * 22% * 1000 мл/л / 36,46 г/моль / 1000 моль/мл = 0,040 моль
Так как на каждые 4 молекулы карбида алюминия требуется 12 молекул соляной кислоты, то количество молей соляной кислоты должно быть в 3 раза больше, чем количество молей карбида алюминия. Однако, в данном случае количество молей соляной кислоты меньше, чем требуется для полного прореагирования карбида алюминия. Это означает, что карбид алюминия не был полностью использован и в полученном растворе остались нереагировавшие остатки.
Массовые доли веществ в полученном растворе можно рассчитать, зная количество молей каждого вещества и их молярные массы:
m(AlCl3) = n(AlCl3) * M(AlCl3) = (1,204 моль / 4) * 133,34 г/моль = 39,98 г
m(HCl) = n(HCl) * M(HCl) = 0,040 моль * 36,46 г/моль = 1,46 г
m(CH4) = n(CH4) * M(CH4) = (1,204 моль / 4) * 16,04 г/моль = 4,81 г
Тогда массовые доли веществ можно рассчитать следующим образом:
— Доля AlCl3: m(AlCl3) / (m(AlCl3) + m(HCl) + m(CH4)) * 100% = 39,98 г / (39,98 г + 1,46 г + 4,81 г) * 100% = 86,7%
— Доля HCl: m(HCl) / (m(AlCl3) + m(HCl) + m(CH4)) * 100% = 1,46 г / (39,98 г + 1,46 г + 4,81 г) * 100% = 3,2%
— Доля CH4: m(CH4) / (m(AlCl3) + m(HCl) + m(CH4)) * 100% = 4,81 г / (39,98 г + 1,46 г + 4,81 г) * 100% = 10,5%
Таким образом, в полученном растворе массовая доля AlCl3 составляет 86,7%, HCl — 3,2%, CH4 — 10,5%.
