Номер 10, страница 392 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 8. Металлы. Параграф 54. Алюминий - номер 10, страница 392.

Условие.

10. Смесь алюминия с серой массой 9,81 г нагревали до завершения реакции, затем охладили и обработали избытком соляной кислоты. При этом образовалась смесь газов объёмом 5,04 л (н. у.). Её пропустили через избыток раствора сульфата меди(II). В результате выпал осадок массой 17,28 г. Найдите массу алюминия в исходной смеси.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(Al + S) = 9,81$ г

$V(газов) = 5,04$ л (н. у.)

$m(осадка) = 17,28$ г

Найти:

$m(Al)$ - ?

Решение:

1. Запишем уравнения реакций, которые происходят в ходе эксперимента. При нагревании смеси алюминия и серы образуется сульфид алюминия. Так как после обработки продукта реакции соляной кислотой выделилась смесь газов, это означает, что один из исходных реагентов (алюминий или сера) был в избытке. Соляная кислота реагирует с сульфидом алюминия и с избыточным алюминием, но не реагирует с серой. Следовательно, в избытке был алюминий, а смесь газов состоит из сероводорода и водорода.

Реакция алюминия с серой (сера в недостатке):

$2Al + 3S \xrightarrow{t} Al_2S_3$ (1)

После реакции в твердой смеси остались продукт $Al_2S_3$ и избыток алюминия $Al_{изб}$.

При обработке этой смеси избытком соляной кислоты происходят следующие реакции:

$Al_2S_3 + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2S \uparrow$ (2)

$2Al_{изб} + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2 \uparrow$ (3)

Образовавшаяся смесь газов состоит из сероводорода ($H_2S$) и водорода ($H_2$).

2. Эту смесь газов пропустили через избыток раствора сульфата меди(II). С $CuSO_4$ реагирует только сероводород, образуя черный осадок сульфида меди(II):

$H_2S + CuSO_4 \rightarrow CuS \downarrow + H_2SO_4$ (4)

Водород ($H_2$) с раствором $CuSO_4$ не реагирует.

3. Найдем количество вещества выпавшего осадка $CuS$. Молярная масса $M(CuS) = M(Cu) + M(S) = 64 + 32 = 96$ г/моль.

$n(CuS) = \frac{m(CuS)}{M(CuS)} = \frac{17,28 \, г}{96 \, г/моль} = 0,18$ моль.

4. По уравнению реакции (4) найдем количество вещества сероводорода ($H_2S$) в смеси газов:

$n(H_2S) = n(CuS) = 0,18$ моль.

5. Найдем общее количество вещества смеси газов. Объем дан при нормальных условиях (н. у.), молярный объем газа при н. у. $V_m = 22,4$ л/моль.

$n(газов) = \frac{V(газов)}{V_m} = \frac{5,04 \, л}{22,4 \, л/моль} = 0,225$ моль.

6. Теперь можно найти количество вещества водорода ($H_2$) в смеси:

$n(H_2) = n(газов) - n(H_2S) = 0,225 \, моль - 0,18 \, моль = 0,045$ моль.

7. Используя уравнения реакций (2) и (3), найдем количество вещества сульфида алюминия ($Al_2S_3$) и избыточного алюминия ($Al_{изб}$).

Из уравнения (2): $n(Al_2S_3) = \frac{1}{3} n(H_2S) = \frac{1}{3} \cdot 0,18 \, моль = 0,06$ моль.

Из уравнения (3): $n(Al_{изб}) = \frac{2}{3} n(H_2) = \frac{2}{3} \cdot 0,045 \, моль = 0,03$ моль.

8. По уравнению реакции (1) найдем количество вещества алюминия, вступившего в реакцию с серой ($Al_{реаг}$).

$n(Al_{реаг}) = 2 \cdot n(Al_2S_3) = 2 \cdot 0,06 \, моль = 0,12$ моль.

9. Найдем общее количество вещества алюминия в исходной смеси:

$n(Al_{общ}) = n(Al_{реаг}) + n(Al_{изб}) = 0,12 \, моль + 0,03 \, моль = 0,15$ моль.

10. Найдем массу алюминия в исходной смеси. Молярная масса $M(Al) = 27$ г/моль.

$m(Al) = n(Al_{общ}) \cdot M(Al) = 0,15 \, моль \cdot 27 \, г/моль = 4,05$ г.

Проверка: найдем массу серы в исходной смеси и сложим с массой алюминия.

Из уравнения (1): $n(S) = 3 \cdot n(Al_2S_3) = 3 \cdot 0,06 \, моль = 0,18$ моль.

$m(S) = n(S) \cdot M(S) = 0,18 \, моль \cdot 32 \, г/моль = 5,76$ г.

$m(смеси) = m(Al) + m(S) = 4,05 \, г + 5,76 \, г = 9,81$ г.

Расчетная масса смеси совпадает с данной в условии, следовательно, задача решена верно.

Ответ: масса алюминия в исходной смеси равна 4,05 г.