Номер 50, страница 15 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

50. Навеску сплава, состоящего из алюминия, магния и кремния, массой $3,68 \text{ г}$ обработали избытком соляной кислоты. При этом выделился газ объёмом (н. у.) $3,584 \text{ дм}^3$. При обработке такой же навески избытком раствора гидроксида натрия масса навески уменьшилась до $480 \text{ мг}$. Рассчитайте массы компонентов сплава.

Дано:

$m_{сплава} = 3,68~г$

$V(H_2) = 3,584~дм^3$ (н. у.)

$m_{остатка} = 480~мг$

$m_{сплава} = 0,00368~кг$

$V(H_2) = 0,003584~м^3$

$m_{остатка} = 0,00048~кг$

$V_m = 22,4~дм^3/моль = 0,0224~м^3/моль$

Найти:

$m(Al)$ - ?

$m(Mg)$ - ?

$m(Si)$ - ?

Решение:

Сплав состоит из алюминия ($Al$), магния ($Mg$) и кремния ($Si$).

Для решения задачи запишем уравнения химических реакций, происходящих в двух экспериментах. Для расчетов будем использовать молярные массы: $M(Al) = 27~г/моль$, $M(Mg) = 24~г/моль$, $M(Si) = 28~г/моль$.

1. Обработка навески избытком раствора гидроксида натрия ($NaOH$).

С раствором щелочи реагируют амфотерные алюминий и кремний. Магний, как металл с основными свойствами, в реакцию не вступает.

$2Al + 2NaOH + 6H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4] + 3H_2\uparrow$

$Si + 2NaOH + H_2O \rightarrow Na_2SiO_3 + 2H_2\uparrow$

$Mg + NaOH \neq$

Из этого следует, что нерастворившийся остаток массой 480 мг представляет собой чистый магний.

$m(Mg) = 480~мг = 0,48~г$.

2. Обработка навески избытком соляной кислоты ($HCl$).

С соляной кислотой реагируют металлы, стоящие в электрохимическом ряду напряжений до водорода — алюминий и магний. Кремний (неметалл) с соляной кислотой не реагирует. Выделяющийся газ — водород ($H_2$).

$2Al + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2\uparrow$ (1)

$Mg + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2\uparrow$ (2)

$Si + HCl \neq$

3. Выполним расчеты.

Найдем количество вещества (моль) магния в сплаве:

$n(Mg) = \frac{m(Mg)}{M(Mg)} = \frac{0,48~г}{24~г/моль} = 0,02~моль$.

Общий объем выделившегося в реакции с $HCl$ водорода равен $3,584~дм^3$. Найдем общее количество вещества водорода, используя молярный объем газа при нормальных условиях ($V_m = 22,4~дм^3/моль$):

$n_{общ}(H_2) = \frac{V(H_2)}{V_m} = \frac{3,584~дм^3}{22,4~дм^3/моль} = 0,16~моль$.

Общее количество вещества водорода складывается из водорода, выделившегося в реакциях (1) и (2). Найдем, какое количество вещества водорода выделилось в реакции с магнием (2).

Согласно уравнению (2), соотношение молей $Mg$ и $H_2$ равно 1:1, поэтому $n(H_2~из~Mg) = n(Mg) = 0,02~моль$.

Теперь можно найти количество вещества водорода, выделившегося в реакции с алюминием (1):

$n(H_2~из~Al) = n_{общ}(H_2) - n(H_2~из~Mg) = 0,16~моль - 0,02~моль = 0,14~моль$.

Используя стехиометрические коэффициенты из уравнения (1), найдем количество вещества алюминия:

Согласно уравнению (1), соотношение молей $Al$ и $H_2$ равно 2:3, поэтому $n(Al) = \frac{2}{3} n(H_2~из~Al)$.

$n(Al) = \frac{2}{3} \cdot 0,14~моль = \frac{0,28}{3}~моль$.

Рассчитаем массу алюминия в сплаве:

$m(Al) = n(Al) \cdot M(Al) = \frac{0,28}{3}~моль \cdot 27~г/моль = 0,28 \cdot 9~г = 2,52~г$.

Наконец, найдем массу кремния, зная общую массу сплава и массы двух других компонентов:

$m(Si) = m_{сплава} - m(Al) - m(Mg) = 3,68~г - 2,52~г - 0,48~г = 0,68~г$.

Ответ: масса алюминия в сплаве составляет 2,52 г, масса магния - 0,48 г, масса кремния - 0,68 г.