Номер 73, страница 235 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

8.73. Смесь безводных сульфата алюминия и хлорида меди(II) растворили в воде и добавили к избытку раствора гидроксида натрия. При этом образовалось 19,6 г осадка. А если тот же раствор солей добавить к раствору нитрата бария, то выделится 69,9 г осадка. Определите массовую долю сульфата алюминия в исходной смеси.

Дано:

$m(\text{осадка при реакции с } NaOH) = 19,6 \text{ г}$

$m(\text{осадка при реакции с } Ba(NO_3)_2) = 69,9 \text{ г}$

Исходная смесь: $Al_2(SO_4)_3$ и $CuCl_2$

Найти:

$\omega(Al_2(SO_4)_3)$ в исходной смеси

Решение:

1. Рассмотрим реакцию исходного раствора солей с избытком раствора гидроксида натрия ($NaOH$).

Хлорид меди(II) ($CuCl_2$) реагирует с гидроксидом натрия, образуя нерастворимый осадок гидроксида меди(II) ($Cu(OH)_2$):

$CuCl_2 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + 2NaCl$

Сульфат алюминия ($Al_2(SO_4)_3$) также реагирует с гидроксидом натрия, образуя гидроксид алюминия ($Al(OH)_3$):

$Al_2(SO_4)_3 + 6NaOH \rightarrow 2Al(OH)_3 \downarrow + 3Na_2SO_4$

Однако гидроксид алюминия является амфотерным соединением и растворяется в избытке щелочи, образуя растворимый комплекс — тетрагидроксоалюминат натрия:

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

Следовательно, единственный осадок, который образуется в результате этой реакции — это гидроксид меди(II). Его масса, по условию, составляет 19,6 г.

Вычислим молярную массу $Cu(OH)_2$: $M(Cu(OH)_2) = 64 + 2 \times (16 + 1) = 98 \text{ г/моль}$.

Найдем количество вещества $Cu(OH)_2$:

$n(Cu(OH)_2) = \frac{m(Cu(OH)_2)}{M(Cu(OH)_2)} = \frac{19,6 \text{ г}}{98 \text{ г/моль}} = 0,2 \text{ моль}$.

По уравнению реакции $n(CuCl_2) = n(Cu(OH)_2) = 0,2 \text{ моль}$.

Теперь найдем массу $CuCl_2$ в исходной смеси. Молярная масса $CuCl_2$: $M(CuCl_2) = 64 + 2 \times 35,5 = 135 \text{ г/моль}$.

$m(CuCl_2) = n(CuCl_2) \times M(CuCl_2) = 0,2 \text{ моль} \times 135 \text{ г/моль} = 27 \text{ г}$.

2. Рассмотрим реакцию исходного раствора солей с раствором нитрата бария ($Ba(NO_3)_2$).

Из двух солей в смеси только сульфат алюминия будет реагировать с нитратом бария с образованием нерастворимого осадка сульфата бария ($BaSO_4$):

$Al_2(SO_4)_3 + 3Ba(NO_3)_2 \rightarrow 3BaSO_4 \downarrow + 2Al(NO_3)_3$

Хлорид меди(II) не реагирует, так как все возможные продукты реакции растворимы в воде.

Таким образом, весь осадок, полученный в этом эксперименте, — это сульфат бария. Его масса составляет 69,9 г.

Вычислим молярную массу $BaSO_4$: $M(BaSO_4) = 137 + 32 + 4 \times 16 = 233 \text{ г/моль}$.

Найдем количество вещества $BaSO_4$:

$n(BaSO_4) = \frac{m(BaSO_4)}{M(BaSO_4)} = \frac{69,9 \text{ г}}{233 \text{ г/моль}} = 0,3 \text{ моль}$.

Согласно стехиометрии уравнения реакции, количество вещества сульфата алюминия в 3 раза меньше количества вещества сульфата бария:

$n(Al_2(SO_4)_3) = \frac{1}{3} n(BaSO_4) = \frac{1}{3} \times 0,3 \text{ моль} = 0,1 \text{ моль}$.

Найдем массу $Al_2(SO_4)_3$ в исходной смеси. Молярная масса $Al_2(SO_4)_3$: $M(Al_2(SO_4)_3) = 2 \times 27 + 3 \times (32 + 4 \times 16) = 54 + 3 \times 96 = 342 \text{ г/моль}$.

$m(Al_2(SO_4)_3) = n(Al_2(SO_4)_3) \times M(Al_2(SO_4)_3) = 0,1 \text{ моль} \times 342 \text{ г/моль} = 34,2 \text{ г}$.

3. Определим массовую долю сульфата алюминия в исходной смеси.

Общая масса исходной смеси солей:

$m(\text{смеси}) = m(Al_2(SO_4)_3) + m(CuCl_2) = 34,2 \text{ г} + 27 \text{ г} = 61,2 \text{ г}$.

Массовая доля сульфата алюминия:

$\omega(Al_2(SO_4)_3) = \frac{m(Al_2(SO_4)_3)}{m(\text{смеси})} \times 100\% = \frac{34,2 \text{ г}}{61,2 \text{ г}} \times 100\% \approx 55,88\%$.

Ответ: массовая доля сульфата алюминия в исходной смеси составляет 55,88%.