Вопрос школьника
Смесь сульфида алюминия и алюминия обработали водой, при этом выделилось 6,72 л (н. у.) газа. Если эту же смесь растворить в избытке соляной кислоты, то выделится 13,44 л (н. у.) газа. Определите массовую долю алюминия в исходной смеси
Ответ от учителя
Первым шагом необходимо определить, какой газ выделился при реакции с водой и соляной кислотой. Так как сульфид алюминия реагирует с водой, то можно предположить, что выделившийся газ — это водород:
Al2S3 + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2S↑
Сульфид алюминия реагирует с водой, образуя гидроксид алюминия и сероводород.
Al + 3HCl → AlCl3 + 3H2↑
Алюминий реагирует с соляной кислотой, образуя хлорид алюминия и водород.
Теперь можно использовать закон пропорций для определения массовой доли алюминия в исходной смеси. Пусть масса смеси равна 1 г. Тогда количество алюминия в смеси будет равно:
m(Al) = m(Al2S3) + m(Al)
Пусть x — массовая доля алюминия в исходной смеси. Тогда:
m(Al) = x * 1 г + (1 — x) * 1 г = 1 г
Так как при реакции с водой выделилось 6,72 л водорода, то можно определить количество молей сероводорода, образовавшегося при реакции:
n(H2S) = V * P / (R * T) = 6,72 л * 101325 Па / (8,31 Дж / (моль * К) * 293 К) = 0,273 моль
Так как в реакции с водой образуется 3 моли водорода на 1 моль сероводорода, то количество молей алюминия в исходной смеси можно определить по уравнению реакции:
n(Al) = n(H2S) / 3 = 0,091 моль
Теперь можно использовать данные о реакции с соляной кислотой для определения массовой доли алюминия в исходной смеси:
n(H2) = V * P / (R * T) = 13,44 л * 101325 Па / (8,31 Дж / (моль * К) * 293 К) = 0,546 моль
Так как в реакции образуется 3 моли водорода на 1 моль алюминия, то количество молей алюминия в исходной смеси можно определить по уравнению реакции:
n(Al) = n(H2) / 3 = 0,182 моль
Таким образом, массовая доля алюминия в исходной смеси равна:
x = m(Al) / (m(Al) + m(Al2S3)) = n(Al) * M(Al) / (n(Al) * M(Al) + n(Al2S3) * M(Al2S3)) = 0,182 моль * 26,98 г / (0,182 моль * 26,98 г + 0,091 моль * 150,16 г) ≈ 0,22
Таким образом, массовая доля алюминия в исходной смеси составляет около 22%.
