Определить состав смеси и количество выделенной теплоты?

[plaksa]

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.