Номер 802, страница 144 - гдз по химии 8 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

802. Если к водному раствору сульфата алюминия медленно и осторожно доливать при интенсивном перемешивании водный раствор аммиака, то образуется осадок, в котором массовые доли водорода, серы и кислорода соответственно равны 1,85 %, 14,71 % и 58,70 %.

Установите формулу образующегося осадка.

Дано:

Осадок, образовавшийся при реакции водного раствора сульфата алюминия и водного раствора аммиака.
Массовая доля водорода, $\omega(H) = 1,85 \% = 0,0185$
Массовая доля серы, $\omega(S) = 14,71 \% = 0,1471$
Массовая доля кислорода, $\omega(O) = 58,70 \% = 0,5870$

Найти:

Формулу образующегося осадка.

Решение:

1. Определим состав осадка. Исходные вещества — сульфат алюминия $Al_2(SO_4)_3$ и водный раствор аммиака $NH_3 \cdot H_2O$. В состав осадка могут входить элементы: Al, S, O, H, N. В условии даны массовые доли H, S и O. Сумма их массовых долей составляет:

$\omega(H) + \omega(S) + \omega(O) = 1,85\% + 14,71\% + 58,70\% = 75,26\%$

2. Сумма массовых долей всех элементов в веществе равна 100%. Найдем массовую долю оставшихся элементов:

$100\% - 75,26\% = 24,74\%$

3. При взаимодействии раствора сульфата алюминия (соль со средой, кислой из-за гидролиза) и раствора аммиака (слабое основание) образуется осадок. Поскольку в осадке, согласно условию, присутствует сера, он является не чистым гидроксидом алюминия, а основной солью — гидроксосульфатом алюминия. Азот из аммиака образует ион аммония $NH_4^+$, который остается в растворе в виде хорошо растворимой соли сульфата аммония $(NH_4)_2SO_4$. Следовательно, оставшиеся 24,74% массовой доли приходятся на алюминий.

$\omega(Al) = 24,74\%$

4. Для установления формулы вещества найдем соотношение числа атомов элементов в нем. Предположим, что масса образца осадка составляет 100 г. Тогда массы элементов будут равны их массовым долям в граммах:

$m(H) = 1,85$ г
$m(S) = 14,71$ г
$m(O) = 58,70$ г
$m(Al) = 24,74$ г

5. Найдем количество вещества (в молях) для каждого элемента, используя их молярные массы: $M(H) \approx 1$ г/моль, $M(S) \approx 32$ г/моль, $M(O) \approx 16$ г/моль, $M(Al) \approx 27$ г/моль.

$\nu(H) = \frac{m(H)}{M(H)} = \frac{1,85 \text{ г}}{1 \text{ г/моль}} = 1,85 \text{ моль}$
$\nu(S) = \frac{m(S)}{M(S)} = \frac{14,71 \text{ г}}{32 \text{ г/моль}} \approx 0,46 \text{ моль}$
$\nu(O) = \frac{m(O)}{M(O)} = \frac{58,70 \text{ г}}{16 \text{ г/моль}} \approx 3,67 \text{ моль}$
$\nu(Al) = \frac{m(Al)}{M(Al)} = \frac{24,74 \text{ г}}{27 \text{ г/моль}} \approx 0,916 \text{ моль}$

6. Найдем соотношение молей элементов, разделив все значения на наименьшее ($\nu(S) \approx 0,46$ моль):

Соотношение индексов Al : S : H : O равно соотношению их количеств вещества $\nu(Al) : \nu(S) : \nu(H) : \nu(O)$.
$0,916 : 0,46 : 1,85 : 3,67$
Разделим все числа на 0,46:
$\frac{0,916}{0,46} : \frac{0,46}{0,46} : \frac{1,85}{0,46} : \frac{3,67}{0,46}$
Получаем соотношение: $1,99 : 1 : 4,02 : 7,98$, что с учетом погрешностей измерений и округлений соответствует целочисленному соотношению $2 : 1 : 4 : 8$.

7. Таким образом, простейшая (эмпирическая) формула вещества — $Al_2SH_4O_8$.

8. Чтобы записать химически корректную формулу, сгруппируем атомы. Вещество является основной солью, содержащей ионы $Al^{3+}$, $OH^-$ и $SO_4^{2-}$.

В нашей формуле $Al_2SH_4O_8$ есть один атом серы и восемь атомов кислорода. Это соответствует одной сульфат-группе $SO_4^{2-}$.
После выделения сульфат-группы ($1$S, $4$O) остаются атомы: $2$Al, $4$H и $8-4=4$O.
Из оставшихся атомов можно составить четыре гидроксогруппы $(OH)^-$.
Таким образом, осадок состоит из двух атомов алюминия, четырех гидроксогрупп и одной сульфат-группы. Формула вещества — $Al_2(OH)_4SO_4$ (сульфат тетрагидроксодиалюминия).

Ответ: Формула образующегося осадка — $Al_2(OH)_4SO_4$.