Решение: Осаждение сульфида натрия
Алюминий массой 8,1 г сплавили с 9,6 г серы. Полученную смесь растворили при нагревании в 96 г насыщенного раствора гидроксида натрия. Вычислите массу сульфида натрия, выпавшего в осадок после охлаждения полученного раствора до $20\ ^\circ\mathrm{C}$. Растворимость гидроксида натрия составляет 100 г на 100 г воды, растворимость сульфида натрия в условиях реакции — 20,6 г на 100 г воды.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления, указывая единицы измерения и обозначения искомых физических величин.
Решение по шагам
8 шаговЗапишем уравнение образования сульфида алюминия:
$$2\mathrm{Al}+3\mathrm{S}\rightarrow\mathrm{Al_2S_3}$$Вычислим количества веществ алюминия и серы:
$$n(\mathrm{Al})=\frac{8,1\ \mathrm{г}}{27\ \mathrm{г/моль}}=0,30\ \mathrm{моль};\quad n(\mathrm{S})=\frac{9,6\ \mathrm{г}}{32\ \mathrm{г/моль}}=0,30\ \mathrm{моль}$$Для реакции с 0,30 моль серы требуется 0,20 моль алюминия. Следовательно, сера является ограничивающим реагентом, а образуется 0,20 моль сульфида алюминия.
$$n(\mathrm{Al_2S_3})=\frac{0,30}{3}=0,20\ \mathrm{моль}$$При растворении сульфида алюминия в горячем растворе гидроксида натрия образуется сульфид натрия:
$$\mathrm{Al_2S_3}+6\mathrm{NaOH}\rightarrow2\mathrm{NaAlO_2}+3\mathrm{Na_2S}+3\mathrm{H_2O}$$Количество и масса образовавшегося сульфида натрия:
$$n(\mathrm{Na_2S})=3n(\mathrm{Al_2S_3})=3\cdot0,20=0,60\ \mathrm{моль};\quad m(\mathrm{Na_2S})=0,60\cdot78=46,8\ \mathrm{г}$$В 96 г насыщенного раствора гидроксида натрия содержатся 48 г гидроксида натрия и 48 г воды, так как растворимость NaOH составляет 100 г на 100 г воды.
$$m(\mathrm{H_2O})=\frac{96}{100+100}\cdot100=48\ \mathrm{г}$$При охлаждении до $20\ ^\circ\mathrm{C}$ в 48 г воды может раствориться:
$$m_{\text{раств.}}(\mathrm{Na_2S})=\frac{20,6\cdot48}{100}=9,888\ \mathrm{г}$$Остальная часть сульфида натрия выпадает в осадок:
$$m_{\text{осадка}}(\mathrm{Na_2S})=46,8-9,888=36,912\ \mathrm{г}\approx36,9\ \mathrm{г}$$Масса сульфида натрия, выпавшего в осадок, составляет $36,9\ \mathrm{г}$.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Не определить ограничивающий реагент в реакции алюминия с серой.
Использовать массу всего раствора вместо массы воды при расчёте растворимости.
Вычесть из массы образовавшегося сульфида натрия массу воды или гидроксида натрия.
Не учитывать, что часть $\mathrm{Na_2S}$ остаётся растворённой после охлаждения.