Номер 70, страница 235 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

8.70. Определите массу осадка, который выпадет при смешивании 210 г 10%-го раствора гидроксида натрия и 267 г 7,5%-го раствора хлорида алюминия.

Дано:

$m(\text{раствора NaOH}) = 210 \text{ г}$
$\omega(\text{NaOH}) = 10\% = 0.1$
$m(\text{раствора AlCl}_3) = 267 \text{ г}$
$\omega(\text{AlCl}_3) = 7.5\% = 0.075$

Найти:

$m(\text{осадка}) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции между хлоридом алюминия и гидроксидом натрия. В результате реакции обмена образуется нерастворимый в воде гидроксид алюминия (осадок) и хлорид натрия.

$AlCl_3 + 3NaOH \rightarrow Al(OH)_3\downarrow + 3NaCl$

2. Найдем массы чистых веществ (гидроксида натрия и хлорида алюминия) в исходных растворах.

$m(NaOH) = m(\text{раствора NaOH}) \cdot \omega(NaOH) = 210 \text{ г} \cdot 0.1 = 21 \text{ г}$

$m(AlCl_3) = m(\text{раствора AlCl}_3) \cdot \omega(AlCl_3) = 267 \text{ г} \cdot 0.075 = 20.025 \text{ г}$

3. Рассчитаем молярные массы веществ, участвующих в реакции.

$M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40 \text{ г/моль}$

$M(AlCl_3) = 27 + 3 \cdot 35.5 = 133.5 \text{ г/моль}$

$M(Al(OH)_3) = 27 + 3 \cdot (16 + 1) = 78 \text{ г/моль}$

4. Определим количество вещества (в молях) для каждого из реагентов.

$n(NaOH) = \frac{m(NaOH)}{M(NaOH)} = \frac{21 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} = 0.525 \text{ моль}$

$n(AlCl_3) = \frac{m(AlCl_3)}{M(AlCl_3)} = \frac{20.025 \text{ г}}{133.5 \text{ г/моль}} = 0.15 \text{ моль}$

5. Определим, какое из веществ находится в недостатке (лимитирующий реагент). Согласно уравнению реакции, на 1 моль $AlCl_3$ требуется 3 моль $NaOH$.

Рассчитаем, какое количество $NaOH$ необходимо для реакции с имеющимся количеством $AlCl_3$:

$n_{\text{теор.}}(NaOH) = 3 \cdot n(AlCl_3) = 3 \cdot 0.15 \text{ моль} = 0.45 \text{ моль}$

Сравним теоретически необходимое количество $NaOH$ с фактическим: $0.45 \text{ моль} < 0.525 \text{ моль}$.
Это означает, что гидроксид натрия находится в избытке, а хлорид алюминия — в недостатке. Дальнейшие расчеты будем вести по недостатку ($AlCl_3$).

6. Гидроксид алюминия $Al(OH)_3$ является амфотерным, то есть он может реагировать с избытком щелочи, растворяясь с образованием комплексной соли — тетрагидроксоалюмината натрия.

$Al(OH)_3 + NaOH_{\text{изб.}} \rightarrow Na[Al(OH)_4]$

Найдем количество вещества избыточного гидроксида натрия:

$n(NaOH_{\text{изб.}}) = n(NaOH_{\text{исх.}}) - n(NaOH_{\text{прореаг.}}) = 0.525 \text{ моль} - 0.45 \text{ моль} = 0.075 \text{ моль}$

7. Рассчитаем количество вещества образовавшегося осадка $Al(OH)_3$. По первому уравнению реакции, из 1 моль $AlCl_3$ образуется 1 моль $Al(OH)_3$.

$n_{\text{обр.}}(Al(OH)_3) = n(AlCl_3) = 0.15 \text{ моль}$

8. Теперь определим, какая часть этого осадка растворится в избытке щелочи. По второму уравнению, 1 моль $Al(OH)_3$ реагирует с 1 моль $NaOH$.

У нас есть $0.15 \text{ моль}$ $Al(OH)_3$ и $0.075 \text{ моль}$ избыточного $NaOH$. Так как $0.075 < 0.15$, щелочь прореагирует полностью, растворив эквивалентное количество осадка.

$n_{\text{раств.}}(Al(OH)_3) = n(NaOH_{\text{изб.}}) = 0.075 \text{ моль}$

9. Найдем количество вещества осадка, оставшегося после частичного растворения.

$n_{\text{ост.}}(Al(OH)_3) = n_{\text{обр.}}(Al(OH)_3) - n_{\text{раств.}}(Al(OH)_3) = 0.15 \text{ моль} - 0.075 \text{ моль} = 0.075 \text{ моль}$

10. Наконец, рассчитаем массу оставшегося осадка.

$m(\text{осадка}) = n_{\text{ост.}}(Al(OH)_3) \cdot M(Al(OH)_3) = 0.075 \text{ моль} \cdot 78 \text{ г/моль} = 5.85 \text{ г}$

Ответ: масса выпавшего осадка составляет 5.85 г.