При нагревании образца нитрата алюминия часть вещества разложилась. В результате образовался твёрдый остаток, который разделили на две части. Первую часть массой 73,2 г добавили к 663,6 г 15%-ного раствора карбоната натрия. При этом массовая доля соды в растворе уменьшилась в полтора раза. Вторую часть массой 24,4 г полностью растворили при нагревании в 245 г 20%-ного раствора серной кислоты. Вычислите массовую долю кислоты в образовавшемся растворе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения и обозначения искомых физических величин).
1) 4Al(NO3)3 = 2Al2O3 + 12NO2 + 3O2
2) 2Al(NO3)3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 2Al(OH)3 + 6NaNO3 + 3CO2
3) Al2O3 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2O
Уравнения реакций составлены верно и соответствуют условию.
Определение состава первой части твёрдого остатка:
m(Na2CO3 исх.) = m(р-ра Na2CO3) / 100 % · ω(Na2CO3) = 663,6 / 100 % · 15 % = 99,54 г
n(Na2CO3 прореаг.) = n(Al(NO3)3) / 2 · 3 = 1,5 · n(Al(NO3)3)
n(Al(OH)3) = n(Al(NO3)3)
n(CO2) = n(Al(NO3)3) / 2 · 3 = 1,5 · n(Al(NO3)3)
m(Na2CO3 прореаг.) = n(Na2CO3 прореаг.) · M(Na2CO3) = 1,5 · n(Al(NO3)3) · 106 = 159 · n(Al(NO3)3)
m(Na2CO3 ост.) = m(Na2CO3 исх.) - m(Na2CO3 прореаг.) = 99,54 - 159 · n(Al(NO3)3)
m(Al(NO3)3) = n(Al(NO3)3) · M(Al(NO3)3) = 213 · n(Al(NO3)3)
m(Al(OH)3) = n(Al(OH)3) · M(Al(OH)3) = 78 · n(Al(NO3)3)
m(CO2) = n(CO2) · M(CO2) = 1,5 · n(Al(NO3)3) · 44 = 66 · n(Al(NO3)3)
m(р-ра после реакции) = 663,6 + m(Al(NO3)3) - m(Al(OH)3) - m(CO2) = 663,6 + 69 · n(Al(NO3)3)
ω(Na2CO3 после реакции) = ω(Na2CO3 исх.) / 1,5 = 15 % / 1,5 = 10 %
По условию ω(Na2CO3 после реакции) = 10 %
(99,54 - 159 · n(Al(NO3)3)) / (663,6 + 69 · n(Al(NO3)3)) = 0,1 [1]
Пусть для первой части твердого остатка (n(Al(NO3)3 в первой части) = x моль, тогда:
(99,54 - 159x) / (663,6 + 69x) = 0,1 [1]
x = 0,2
n(Al(NO3)3 в первой части) = 0,2 моль
m(Al(NO3)3 в первой части) = n(Al(NO3)3 в первой части) · M(Al(NO3)3) = 0,2 · 213 = 42,6 г
m(Al2O3 в первой части) = m(первой части твёрдого остатка) - m(Al(NO3)3 в первой части) = 73,2 - 42,6 = 30,6 г
n(Al2O3 в первой части) = m(Al2O3 в первой части) / M(Al2O3) = 30,6 / 102 = 0,3 моль
Расчёты для второй части твёрдого остатка:
Поскольку обе части получены разделением одного и того же твёрдого остатка и имеют одинаковый состав, количества Al2O3 в них пропорциональны массам этих частей
n(Al2O3 в первой части) / m(первой части) = n(Al2O3 во второй части) / m(второй части)
n(Al2O3 во второй части) = n(Al2O3 в первой части) · m(второй части) / m(первой части) = 0,3 · 24,4 / 73,2 = 0,1 моль
m(H2SO4 исх.) = m(р-ра H2SO4) / 100 % · ω(H2SO4) = 245 / 100 % · 20 % = 49 г
n(H2SO4 исх.) = m(H2SO4 исх.) / M(H2SO4) = 49 / 98 = 0,5 моль
n(H2SO4 прореаг.) = 3 · n(Al2O3 во второй части) = 3 · 0,1 = 0,3 моль
m(H2SO4 прореаг.) = n(H2SO4 прореаг.) · M(H2SO4) = 0,3 · 98 = 29,4 г
m(H2SO4 ост.) = m(H2SO4 исх.) - m(H2SO4 прореаг.) = 49 - 29,4 = 19,6 г
Нахождение массовой доли H2SO4:
m(конечного р-ра) = m(р-ра H2SO4) + m(второй части твёрдого остатка) = 245 + 24,4 = 269,4 г
ω(H2SO4) = m(H2SO4 ост.) / m(конечного р-ра) · 100 % = 19,6 / 269,4 · 100 % = 7,3 %
Ход решения изложен логично и последовательно.
Верно произведены вычисления.
Ответ: ω(H2SO4) = 7,3 %
Получен правильный ответ.