Условие: смесь А, образовавшуюся после реакции алюминия с железной окалиной, обработали раствором щёлочи, при этом выделилось 1,344 л газа (н.у.). Если такое же количество этой смеси А обработать избытком соляной кислоты, то выделяется 5,376 л газа (н.у.). Определите состав исходной смеси в молях и в % по массе. Какое количество теплоты выделилось при реакции, если теплоты образования железной окалины и оксида алюминия соответственно равны 1117,0 кДж/моль и 1676,0 кДж/моль.
Далее я начала решать задачу:
Запишем исходное уравнение реакции:
9Al+3Fe3O4 →t° 9Fe+4Al2O3+Al+Q
Таким образом, смесь А – Fe+Al2O3+Al
а) реакция со щёлочью:
Fe со щёлочью реагировать не будет.
Al2O3+2NaOH+3H2O→2Na[Al(OH)4 ]
2Al+2NaOH+6H2O→2Na[Al(OH)4 ]+3H2↑ V=1,344 л
б) реакция с кислотой:
Al2O3+6HCl→2AlCl3+3H2O
Fe+2HCl→FeCl2+H2↑ V=5,376 л
2Al+6HCl→2AlCl3+3H2↑
В случае «а» железо не реагирует со щёлочью и водород выделяется при реакции алюминия со щёлочью. Таким образом, зная объём водорода, мы сразу сможем найти количество и массу алюминия.
2Al+2NaOH+6H2O→2Na[Al(OH)4 ]+3H2↑ V=1,344 л
Находим количество водорода:
n = V / Vm = 1,344 / 22,4 = 0,06 моль.
По уравнению реакции:
х моль 0.06 моль
2Al+2NaOH+6H2O→2Na[Al(OH)4 ]+3H2↑
2 моль 3 моль
Количество алюминия x=(2∙0,06)/3=0,04 моль. Можно найти его массу:
mAl = 0,04 • 27 = 1,08 г.
Во втором примере в реакцию вступают оба металла(Al и Fe). Здесь уже водород из кислоты выделяется в обеих реакциях. Поэтому прямым расчётом здесь нельзя воспользоваться. В таких случаях удобно решать с помощью очень простой системы уравнений, приняв за х— число моль одного из металлов, а за у — количество вещества второго.
Fe+2HCl→FeCl2+H2↑ V=5,376 л
2Al+6HCl→2AlCl3+3H2↑
Находим количество водорода:
n = V / Vm = 5,376 / 22,4 = 0,24 моль.
Пусть количество алюминия — х моль, а железа у моль. Тогда можно выразить через х и у количество выделившегося водорода:
x 1,5x (мольное соотношение Al:Н2 = 2:3)
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2
y y
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2
Нам известно общее количество водорода: 0,24 моль. Значит,
1,5х + у = 0,24 (это первое уравнение в системе).
Для смеси металлов нужно выразить массы через количества веществ:
m = M • n
Значит, масса алюминия
mAl = 27x,
масса железа
mFe = 56у,
а масса всей смеси
27х + 56у (это второе уравнение в системе)
Но нам уже известна масса и количество молей Al: mAl = 0,04 • 27 = 1,08 г.
Итак, мы имеем систему из двух уравнений:
у +1,5х = 0,24
х = 0,04 моль (Al)
у = 0,24 – 1,5∙0,04 = 0,18 моль (Fe)
х = 0,04 моль (Al)
Дальше находим массы металлов и их массовые доли в смеси:
mFe = n • M = 0,18 • 56 = 10,08 г
mAl = 0,04 • 27 = 1,08 г
ВЕРНО ли всё до этого момента? и как решать задачу дальше? Ведь в смеси ещё содержится масса Al2O3...А нам надо узнать состав исходной смеси, то-есть Al и Fe3O4. И ответ должен быть 28% Al и 72% Fe3O4.
