Вопрос школьника
На сплав алюминия и меди подействовали избытком концентрированного раствора гидроксида натрия при нагревании. Выделилось 2,24 л какого-то газа (н.у.). Вычислите процентный состав сплава, если его общая масса была 10 г.
Ответ от учителя
Для решения задачи необходимо использовать закон пропорций Лавуазье-Лапласа, который гласит, что при химической реакции объемы газов, выделяющихся или поглощающихся, пропорциональны их молярным отношениям.
Сначала найдем количество вещества газа, выделившегося при реакции. Для этого воспользуемся уравнением составления реакции:
2Al + 3CuO + 6NaOH → 3Na2O·Al2O3 + 3Cu + 3H2O + 2 газа
Из уравнения видно, что при реакции выделяется два газа. Однако, по условию задачи неизвестно, какой именно газ выделился. Поэтому для дальнейших расчетов будем считать, что выделился водород (H2).
Молярная масса H2 равна 2 г/моль. Объем газа при н.у. равен 2,24 л. Переведем его в моль:
V = nRT/P
n = PV/RT = (1 атм) * (2,24 л) / (0,0821 л·атм/моль·К * 273 К) = 0,101 моль
Таким образом, выделилось 0,101 моль H2.
Из уравнения видно, что на 2 моль Al приходится 2 моль H2. Значит, количество молей Al в сплаве равно половине количества молей H2:
n(Al) = 0,101 моль / 2 = 0,0505 моль
Аналогично, на 3 моль CuO приходится 3 моль H2. Значит, количество молей CuO в сплаве равно трети количества молей H2:
n(CuO) = 0,101 моль / 3 = 0,0337 моль
Масса Al в сплаве равна:
m(Al) = n(Al) * M(Al) = 0,0505 моль * 27 г/моль = 1,36 г
Масса CuO в сплаве равна:
m(CuO) = n(CuO) * M(CuO) = 0,0337 моль * 79,5 г/моль = 2,67 г
Таким образом, общая масса сплава равна:
m(сплава) = m(Al) + m(CuO) = 1,36 г + 2,67 г = 4,03 г
Процентный состав Al в сплаве равен:
% Al = m(Al) / m(сплава) * 100% = 1,36 г / 4,03 г * 100% ≈ 33,7%
Ответ: процентный состав сплава равен примерно 33,7% Al и 66,3% CuO.
