Образец алюминия массой 2,7 г растворили в 75 г соляной кислоты. После того как к полученному раствору добавили 250 мл раствора NaOH с молярной концентрацией 2 моль/л, в полученном растворе молярная концентрация хлорид-ионов стала равна молярной концентрации ионов натрия. Затем к реакционной смеси добавили ещё некоторое количество этого же раствора гидроксида натрия, после чего в полученном растворе молярная концентрация хлорид-ионов оказалась в 2,5 раза меньше молярной концентрации ионов натрия. Рассчитайте массовую долю гидроксида натрия в образовавшемся растворе. Плотность раствора NaOH с молярной концентрацией 2 моль/л равна 1,1 г/мл.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).
1) 2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2
2) AlCl3 + 3NaOH = Al(OH)3 + 3NaCl
3) HCl + NaOH = NaCl + H2O
4) Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4]
Уравнения реакций составлены верно и соответствуют условию.
Определение количества HCl по первой порции NaOH:
V(первой порции р-ра NaOH) = 250 мл = 0,25 л
n(NaOH в первой порции) = V(р-ра NaOH) · c(NaOH) = 0,25 · 2 = 0,5 моль
n(Na+) = n(NaOH в первой порции) = 0,5 моль
После добавления первой порции NaOH по условию
c(Cl-) = c(Na+)
Так как эти ионы находятся в одном и том же растворе, значит объем этого раствора один и тот же
n(Cl-) / V(р-ра) = n(Na+) / V(р-ра)
n(Cl-) = n(Na+) = 0,5 моль
Единственным источником Cl- является исходная HCl
n(HCl исх.) = n(Cl-) = 0,5 моль
Расчёты после растворения Al и добавления первой порции NaOH:
n(Al) = m(Al) / M(Al) = 2,7 / 27 = 0,1 моль
n(H2) = 3 / 2 · n(Al) = 3 / 2 · 0,1 = 0,15 моль
m(H2) = n(H2) · M(H2) = 0,15 · 2 = 0,3 г
n(HCl прореаг. с Al) = 3 · n(Al) = 3 · 0,1 = 0,3 моль
n(HCl ост. перед добавлением NaOH) = n(HCl исх.) - n(HCl прореаг. с Al) = 0,5 - 0,3 = 0,2 моль
n(NaOH прореаг. с HCl) = n(HCl ост. перед добавлением NaOH) = 0,2 моль
n(NaOH ост. после реакции с HCl) = n(NaOH в первой порции) - n(NaOH прореаг. с HCl) = 0,5 - 0,2 = 0,3 моль
n(NaOH прореаг. с AlCl3) = 3 · n(Al) = 3 · 0,1 = 0,3 моль
n(NaOH ост. после первой порции) = n(NaOH ост. после реакции с HCl) - n(NaOH прореаг. с AlCl3) = 0,3 - 0,3 = 0 моль
n(Al(OH)3) = n(Al) = 0,1 моль
Определение количества второй порции NaOH:
По условию в конечном растворе c(Na+ в конечном р-ре) / c(Cl- в конечном р-ре) = 2,5 / 1
Поскольку ионы Na+ и Cl- находятся в одном и том же растворе, объём раствора для них одинаков. В таком случае отношение молярных концентраций этих ионов равно отношению их количеств
c(Na+ в конечном р-ре) / 2,5 = c(Cl- в конечном р-ре) / 1
n(Na+ в конечном р-ре) / V(конечного р-ра) / 2,5 = n(Cl- в конечном р-ре) / V(конечного р-ра) / 1
n(Na+ в конечном р-ре) / 2,5 = n(Cl- в конечном р-ре) / 1
n(Na+ в конечном р-ре) = n(Cl- в конечном р-ре) · 2,5 / 1 = 0,5 · 2,5 = 1,25 моль
Единственным источником ионов Na+ являлись две добавленные (внесенные) порции NaOH
n(NaOH внесено всего) = n(Na+ в конечном р-ре) = 1,25 моль
n(NaOH во второй порции) = n(NaOH внесено всего) - n(NaOH в первой порции) = 1,25 - 0,5 = 0,75 моль
V(второй порции р-ра NaOH) = n(NaOH во второй порции) / c(NaOH) = 0,75 / 2 = 0,375 л = 375 мл
n(NaOH прореаг. с Al(OH)3) = n(Al(OH)3) = 0,1 моль
n(NaOH ост.) = n(NaOH во второй порции) - n(NaOH прореаг. с Al(OH)3) = 0,75 - 0,1 = 0,65 моль
Нахождение массовой доли оставшегося NaOH:
m(NaOH ост.) = n(NaOH ост.) · M(NaOH) = 0,65 · 40 = 26 г
V(всего р-ра NaOH) = V(первой порции р-ра NaOH) + V(второй порции р-ра NaOH) = 250 + 375 = 625 мл
m(всего р-ра NaOH) = V(всего р-ра NaOH) · ρ(р-ра NaOH) = 625 · 1,1 = 687,5 г
m(конечного р-ра) = m(Al) + m(р-ра HCl) + m(всего р-ра NaOH) - m(H2) = 2,7 + 75 + 687,5 - 0,3 = 764,9 г
ω(NaOH) = m(NaOH ост.) / m(конечного р-ра) · 100 % = 26 / 764,9 · 100 % = 3,4 %
Ход решения изложен логично и последовательно.
Верно произведены вычисления.
Ответ: ω(NaOH) = 3,4 %
Получен правильный ответ.