Question

К водному раствору аммиака массой 120 г, в котором массовая доля протонов составляла 55,8% от общей массы раствора, добавили навеску хлорида алюминия массой 23,496 г. Через полученный раствор пропустили оксид серы(VI). Известно, что в реакцию вступило 2,24 л газа. Определите массовые доли солей в полученном растворе.

Accepted Answer

Answer

Идея решения: найти количество аммиака из содержания протонов, проследить его превращение через реакции с хлоридом алюминия и серной кислотой, определить конечный состав раствора и вычислить массовые доли солей.

**Шаг 1. Реакции, протекающие в системе:**

$$\ce{AlCl3 + 3NH3 + 3H2O -> Al(OH)3 v + 3NH4Cl}$$

$$\ce{SO3 + H2O -> H2SO4}$$

$$\ce{2Al(OH)3 + 3H2SO4 -> Al2(SO4)3 + 6H2O}$$

**Шаг 2. Определение количества протонов в исходном растворе:**

Масса протонов:
$$m_{	ext{протонов}} = 120 	imes 0{,}558 = 66{,}96 	ext{ г}$$

Количество протонов:
$$n_{	ext{протонов}} = \frac{66{,}96}{1} = 66{,}96 	ext{ моль}$$

**Шаг 3. Нахождение количества аммиака:**

Пусть $n_{\ce{NH3}} = x$ моль, $n_{\ce{H2O}} = y$ моль.

В молекуле $\ce{NH3}$ содержится 4 протона, в молекуле $\ce{H2O}$ — 2 протона:
$$4x + 2y = 66{,}96$$

По массе:
$$17x + 18y = 120$$

Из первого уравнения: $2x + y = 33{,}48$, откуда $y = 33{,}48 - 2x$.

Подставляя во второе:
$$17x + 18(33{,}48 - 2x) = 120$$
$$17x + 602{,}64 - 36x = 120$$
$$-19x = -482{,}64$$
$$x = 0{,}528 	ext{ моль}$$

Таким образом, $n_{\ce{NH3}} = 0{,}528$ моль.

**Шаг 4. Количество хлорида алюминия:**

$$n_{\ce{AlCl3}} = \frac{23{,}496}{133{,}5} = 0{,}176 	ext{ моль}$$

**Шаг 5. Проверка соотношения реагентов в первой реакции:**

$$\frac{n_{\ce{NH3}}}{3} : \frac{n_{\ce{AlCl3}}}{1} = \frac{0{,}528}{3} : \frac{0{,}176}{1} = 0{,}176 : 0{,}176$$

Оба реагента прореагировали полностью.

**Шаг 6. Продукты первой реакции:**

$$n_{\ce{NH4Cl}} = n_{\ce{NH3}} = 0{,}528 	ext{ моль}$$
$$m_{\ce{NH4Cl}} = 0{,}528 	imes 53{,}5 = 28{,}248 	ext{ г}$$

$$n_{\ce{Al(OH)3}} = \frac{n_{\ce{AlCl3}}}{1} = 0{,}176 	ext{ моль}$$

**Шаг 7. Количество оксида серы(VI):**

$$n_{\ce{SO3}} = \frac{2{,}24}{22{,}4} = 0{,}1 	ext{ моль}$$

$$n_{\ce{H2SO4}} = n_{\ce{SO3}} = 0{,}1 	ext{ моль}$$

**Шаг 8. Определение лимитирующего реагента в третьей реакции:**

$$\frac{n_{\ce{H2SO4}}}{3} : \frac{n_{\ce{Al(OH)3}}}{2} = \frac{0{,}1}{3} : \frac{0{,}176}{2} = 0{,}0333 : 0{,}088$$

Серная кислота в недостатке.

**Шаг 9. Образование сульфата алюминия:**

$$n_{\ce{Al2(SO4)3}} = \frac{n_{\ce{H2SO4}}}{3} = \frac{0{,}1}{3} = 0{,}0333 	ext{ моль}$$

$$m_{\ce{Al2(SO4)3}} = 0{,}0333 	imes 342 = 11{,}386 	ext{ г}$$

**Шаг 10. Непрореагировавший гидроксид алюминия:**

$$n_{\ce{Al(OH)3, 	ext{израсходовано}}} = 2 	imes 0{,}0333 = 0{,}0666 	ext{ моль}$$

$$n_{\ce{Al(OH)3, 	ext{остаток}}} = 0{,}176 - 0{,}0666 = 0{,}1094 	ext{ моль}$$

$$m_{\ce{Al(OH)3, 	ext{остаток}}} = 0{,}1094 	imes 78 = 8{,}533 	ext{ г}$$

**Шаг 11. Масса конечного раствора:**

$$m_{	ext{раствора}} = 120 + 23{,}496 + 8 - 8{,}533 = 142{,}963 	ext{ г}$$

**Шаг 12. Массовые доли солей:**

$$\omega_{\ce{NH4Cl}} = \frac{28{,}248}{142{,}963} = 0{,}1976 = 19{,}76\%$$

$$\omega_{\ce{Al2(SO4)3}} = \frac{11{,}386}{142{,}963} = 0{,}0797 = 7{,}97\%$$

Задание №34Расчётные задачиЕГЭ по химии