Смесь алю­ми­ния и ок­си­да алю­ми­ния общей мас­сой 15,0 г рас­тво­ри­ли в из­быт­ке щёлочи. При этом вы­де­лил­ся газ, ко­то­рый может пол­но­стью вос­ста­но­вить 34,8 г

Вопрос школьника

Смесь алю­ми­ния и ок­си­да алю­ми­ния общей мас­сой 15,0 г рас­тво­ри­ли в из­быт­ке щёлочи. При этом вы­де­лил­ся газ, ко­то­рый может пол­но­стью вос­ста­но­вить 34,8 г ок­си­да вольфрама(VI) до металла. Рас­счи­тай­те мас­со­вые доли (в %) ве­ществ в ис­ход­ной смеси

Ответ от учителя

Для решения задачи необходимо использовать закон пропорций, согласно которому массовые доли веществ в смеси сохраняются при любых ее изменениях.

1. Найдем количество газа, выделенного при реакции. Для этого воспользуемся уравнением реакции восстановления оксида вольфрама(VI):

WO3 + 3H2 → W + 3H2O

Молярная масса WO3 = 231,84 г/моль
Молярная масса H2 = 2 г/моль

Масса восстановленного оксида вольфрама(VI) равна:

m(W) = (34,8 г / 231,84 г/моль) * 183,84 г/моль = 27,7 г

Количество выделенного газа можно найти по объему, если известно его состав. Поскольку газ может полностью восстановить оксид вольфрама(VI) до металла, можно предположить, что это водород. Тогда его количество можно найти по уравнению реакции:

WO3 + 3H2 → W + 3H2O

1 моль WO3 соответствует 3 молям H2, следовательно, количество молей H2, выделенных при реакции, равно:

n(H2) = n(WO3) * 3 = (34,8 г / 231,84 г/моль) * 3 = 0,5 моль

Объем выделенного газа можно найти по уравнению состояния идеального газа:

V(H2) = n(H2) * RT / P

где R — универсальная газовая постоянная, T — температура в Кельвинах, P — давление в Паскалях.

Предположим, что реакция происходила при комнатной температуре (около 25 °C) и атмосферном давлении (101325 Па). Тогда:

R = 8,31 Дж/(моль*К)
T = 298 К
P = 101325 Па

V(H2) = 0,5 моль * 8,31 Дж/(моль*К) * 298 К / 101325 Па = 0,012 м3

2. Найдем массовые доли веществ в исходной смеси. Для этого необходимо найти массу алюминия и оксида алюминия в смеси, исходя из того, что они были полностью растворены в щелочи.

Предположим, что в реакции с щелочью алюминий превращается в гидроксид, а оксид алюминия — в алюминат:

Al + 3NaOH + 3H2O → Na3AlO3 + 3H2
Al2O3 + 2NaOH + 3H2O → 2NaAlO2 + 3H2O

Масса выделенного газа равна массе водорода, образовавшегося при реакции алюминия и оксида алюминия с щелочью. Предположим, что в реакции участвовал только алюминий, тогда его количество можно найти по уравнению реакции:

2Al + 6NaOH + 6H2O → 2Na3AlO3 + 3H2

1 моль Al соответствует 3 молям H2, следовательно, количество молей Al, растворенных в щелочи, равно:

n(Al) = n(H2) / 3 = 0,5 моль / 3 = 0,167 моль

Масса растворенного алюминия равна:

m(Al) = n(Al) * M(Al) = 0,167 моль * 26,98 г/моль = 4,53 г

Аналогично можно найти массу растворенного оксида алюминия:

m(Al2O3) = (15,0 г — 4,53 г) = 10,47 г

Таким образом, массовые доли веществ в исходной смеси равны:

% Al = m(Al) / m(смеси) * 100% = 4,53 г / 15,0 г * 100% = 30,2%
% Al2O3 = m(Al2O3) / m(смеси) * 100% = 10,47 г / 15,0 г * 100% = 69,8%

Избранное