Разделы 
Дополнительно
Задача по химии - 3674
2023-09-11 
Смесь равных масс алюминия и серы нагрели в отсутствие воздуха. После завершения реакции к смеси веществ добавили избыток воды, объем выделившегося газа составил 2,80 л (н. у.). Вычислите, какой объем газа выделится при обработке нерастворившегося остатка избытком соляной кислоты.
Решение:
При совместном нагревании алюминия и серы образуется сульфид алюминия:
$2Al + 3S \rightarrow Al_{2}S_{3}$ (I)
Пусть $m(Al) = m(S) = m$. Выразим количества веществ обоих реагентов по формуле $\nu (X) = \frac{m(X)}{M(X)}$;
$\nu (Al) = \frac{m}{27} =0,03704m; \nu (S) = \frac{m}{32} = 0,03125m$.
Из уравнения реакции очевидно, что $\nu (S)$ должно в 1,5 раза превышать $\nu (Al)$. Однако по расчетам $\nu (S) < \nu (Al)$, следовательно, сера в реакцию вступает полностью, а алюминий - нет.
Таким образом, перед обработкой водой в смеси веществ будут образовавшийся $Al_{2}S_{3}$ и не вступивший в реакцию алюминий.
Сульфид алюминия полностью гидролизуется в присутствии воды:
$Al_{2}S_{3} + 6H_{2}O \rightarrow 2Al(OH)_{3} \downarrow + 3H_{2} \uparrow$ (II)
По уравнению реакции $\nu (H_{2}S) = \nu (S)=0,03125m$.
Рассчитаем количество вещества $H_{2}S$ по условию задачи:
$\nu (H_{2}S) = \frac{V(H_{2}S)}{V_{m}}$;
$\nu (H_{2}S) = \frac{2,8}{22,4} = 0,125 моль$,
откуда
$0,3125m = 0,125$;
$m = 4$.
Определим, сколько алюминия вступило в реакцию с серой и сколько осталось:
$\nu (Al)_{встI} = \frac{2}{3} \nu (S) = \frac{2}{3} \cdot 0,03125 \cdot 4 =0,08333 моль$;
$\nu (Al)_{исх} = 0,03704 \cdot 4=0,1482 моль$;
$\nu (Al)_{остI} = \nu (Al)_{исх} - \nu (Al)_{встI} =0,1482 - 0,08333 = 0,06487 моль$.
После реакции (II) в смеси веществ будут находиться алюминий и гидроксид алюминия. С соляной кислотой протекают реакции
$2Al + 6HCl \rightarrow 2AlCl_{3} + 3H_{2} \uparrow$ (III)
$Al(OH)_{3} + 3HCl \rightarrow AlCl_{3} + 3H_{2}O$ (IV)
Газ выделяется только в реакции (III).
По уравнению реакции
$\nu (H_{2})= 1,5 \nu (Al)_{остI} = 1,5 \cdot 0,06487 = 0,09731 моль$.
Теперь рассчитаем объем выделившегося водорода:
$V(H_{2}) = \nu (H_{2})V_{m}$;
$V(H_{2}) = 0,0973 \cdot 22,4=2,18 л$.
Смесь равных масс алюминия и серы нагрели в отсутствие воздуха. После завершения реакции к смеси веществ добавили избыток воды, объем выделившегося газа составил 2,80 л (н. у.). Вычислите, какой объем газа выделится при обработке нерастворившегося остатка избытком соляной кислоты.
Решение:
При совместном нагревании алюминия и серы образуется сульфид алюминия:
$2Al + 3S \rightarrow Al_{2}S_{3}$ (I)
Пусть $m(Al) = m(S) = m$. Выразим количества веществ обоих реагентов по формуле $\nu (X) = \frac{m(X)}{M(X)}$;
$\nu (Al) = \frac{m}{27} =0,03704m; \nu (S) = \frac{m}{32} = 0,03125m$.
Из уравнения реакции очевидно, что $\nu (S)$ должно в 1,5 раза превышать $\nu (Al)$. Однако по расчетам $\nu (S) < \nu (Al)$, следовательно, сера в реакцию вступает полностью, а алюминий - нет.
Таким образом, перед обработкой водой в смеси веществ будут образовавшийся $Al_{2}S_{3}$ и не вступивший в реакцию алюминий.
Сульфид алюминия полностью гидролизуется в присутствии воды:
$Al_{2}S_{3} + 6H_{2}O \rightarrow 2Al(OH)_{3} \downarrow + 3H_{2} \uparrow$ (II)
По уравнению реакции $\nu (H_{2}S) = \nu (S)=0,03125m$.
Рассчитаем количество вещества $H_{2}S$ по условию задачи:
$\nu (H_{2}S) = \frac{V(H_{2}S)}{V_{m}}$;
$\nu (H_{2}S) = \frac{2,8}{22,4} = 0,125 моль$,
откуда
$0,3125m = 0,125$;
$m = 4$.
Определим, сколько алюминия вступило в реакцию с серой и сколько осталось:
$\nu (Al)_{встI} = \frac{2}{3} \nu (S) = \frac{2}{3} \cdot 0,03125 \cdot 4 =0,08333 моль$;
$\nu (Al)_{исх} = 0,03704 \cdot 4=0,1482 моль$;
$\nu (Al)_{остI} = \nu (Al)_{исх} - \nu (Al)_{встI} =0,1482 - 0,08333 = 0,06487 моль$.
После реакции (II) в смеси веществ будут находиться алюминий и гидроксид алюминия. С соляной кислотой протекают реакции
$2Al + 6HCl \rightarrow 2AlCl_{3} + 3H_{2} \uparrow$ (III)
$Al(OH)_{3} + 3HCl \rightarrow AlCl_{3} + 3H_{2}O$ (IV)
Газ выделяется только в реакции (III).
По уравнению реакции
$\nu (H_{2})= 1,5 \nu (Al)_{остI} = 1,5 \cdot 0,06487 = 0,09731 моль$.
Теперь рассчитаем объем выделившегося водорода:
$V(H_{2}) = \nu (H_{2})V_{m}$;
$V(H_{2}) = 0,0973 \cdot 22,4=2,18 л$.
