Вопрос школьника
Определить массу меди в смеси железа, меди и алюминия, если при действии на 13 г этой смеси избытка раствора гидроксида натрия выделяется 6,72 л газа, а при действии избытка соляной кислоты 8,96 л газа (н.у.)
Ответ от учителя
Для решения данной задачи необходимо использовать реакции между металлами и растворами гидроксида натрия и соляной кислоты.
1) Реакция меди с гидроксидом натрия:
Cu + 2NaOH → Na2CuO2 + H2O
2) Реакция железа с гидроксидом натрия:
Fe + 2NaOH → Na2FeO2 + H2O
3) Реакция алюминия с гидроксидом натрия:
2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2
4) Реакция меди с соляной кислотой:
Cu + 2HCl → CuCl2 + H2
5) Реакция железа с соляной кислотой:
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
6) Реакция алюминия с соляной кислотой:
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2
Из условия задачи известно, что при действии на 13 г смеси избытка раствора гидроксида натрия выделяется 6,72 л газа. По уравнениям реакций можно определить, что при реакции меди и железа с гидроксидом натрия выделяется по 1 моль водорода на 1 моль металла, а при реакции алюминия с гидроксидом натрия выделяется 3 моля водорода на 2 моля алюминия. Таким образом, можно записать уравнение:
6,72 л газа (н.у.) = (1 моль + 1 моль + 1,5 моль) × 22,4 л/моль = 56,32 л
Значит, общее количество водорода, выделившегося при реакции с гидроксидом натрия, равно 56,32 л. Из этого можно определить количество меди, железа и алюминия в смеси. Для этого необходимо знать соотношение между массой металла и количеством выделившегося водорода. Для меди и железа это соотношение равно 1:1, а для алюминия – 2:3. Таким образом, можно записать систему уравнений:
x + y + z = 13 г
x/63,5 = y/56 = 2z/27
Решив эту систему уравнений, получим:
x = 3,5 г – масса меди
y = 4,2 г – масса железа
z = 5,3 г – масса алюминия
Далее, из условия задачи известно, что при действии избытка соляной кислоты выделяется 8,96 л газа. По уравнениям реакций можно определить, что при реакции меди и железа с соляной кислотой выделяется по 1 моль водорода на 1 моль металла, а при реакции алюминия с соляной кислотой выделяется 3 моля водорода на 2 моля алюминия. Таким образом, можно записать уравнение:
8,96 л газа (н.у.) = (1 моль + 1 моль + 1,5 моль) × 22,4 л/моль = 71,04 л
Значит, общее количество водорода, выделившегося при реакции с соляной кислотой, равно 71,04 л. Из этого можно определить количество меди, железа и алюминия в смеси. Для этого необходимо знать соотношение между массой металла и количеством выделившегося водорода. Для меди и железа это соотношение равно 1:1, а для алюминия – 2:3. Таким образом, можно записать систему уравнений:
3,5/x = 4,2/y = 2z/3
Решив эту систему уравнений, получим:
x = 7,0 г – масса меди
y = 8,4 г – масса железа
z = 7,9 г – масса алюминия
Таким образом, масса меди в смеси равна 3,5 г + 7,0 г = 10,5 г.
