Решение: Массовые доли солей в растворе
К 125 г водного раствора аммиака, в котором 56% от общей массы раствора составляет масса протонов в ядрах всех атомов, добавили 40,05 г хлорида алюминия. Через образовавшийся раствор пропустили сернистый газ, при этом прореагировало 2,24 л (н.у.) газа. Вычислите массовые доли солей в конечном растворе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения и обозначения искомых физических величин).
Решение по шагам
11 шаговПусть масса аммиака в исходном растворе равна $m(\mathrm{NH_3})=x$ г. Тогда масса воды равна $(125-x)$ г. В молекуле $\mathrm{NH_3}$ и в молекуле $\mathrm{H_2O}$ содержится по 10 протонов. Массовая доля протонов в аммиаке равна $\frac{10}{17}$, а в воде — $\frac{10}{18}$.
$$x\cdot\frac{10}{17}+(125-x)\cdot\frac{10}{18}=0{,}56\cdot125$$Решаем уравнение для массы аммиака:
$$x\cdot\frac{10}{17}+(125-x)\cdot\frac{10}{18}=70;\quad x=17\ \text{г}$$Определяем количество вещества аммиака и хлорида алюминия:
$$n(\mathrm{NH_3})=\frac{17\ \text{г}}{17\ \text{г/моль}}=1\ \text{моль};\quad n(\mathrm{AlCl_3})=\frac{40{,}05\ \text{г}}{133{,}5\ \text{г/моль}}=0{,}3\ \text{моль}$$При взаимодействии хлорида алюминия с аммиаком образуются гидроксид алюминия и хлорид аммония:
$$\mathrm{AlCl_3+3NH_3+3H_2O\rightarrow Al(OH)_3\downarrow+3NH_4Cl}$$Для реакции с $0{,}3$ моль $\mathrm{AlCl_3}$ требуется $0{,}9$ моль аммиака. Поэтому в растворе остаётся:
$$n_{\text{изб}}(\mathrm{NH_3})=1-3\cdot0{,}3=0{,}1\ \text{моль}$$Количество вещества сернистого газа при нормальных условиях:
$$n(\mathrm{SO_2})=\frac{2{,}24\ \text{л}}{22{,}4\ \text{л/моль}}=0{,}1\ \text{моль}$$Оставшийся аммиак реагирует с сернистым газом с образованием гидросульфита аммония:
$$\mathrm{SO_2+NH_3+H_2O\rightarrow NH_4HSO_3}$$Количество хлорида аммония равно $0{,}9$ моль, а количество гидросульфита аммония — $0{,}1$ моль. Их массы составляют:
$$m(\mathrm{NH_4Cl})=0{,}9\cdot53{,}5=48{,}15\ \text{г};\quad m(\mathrm{NH_4HSO_3})=0{,}1\cdot99=9{,}9\ \text{г}$$В результате первой реакции образуется $0{,}3$ моль гидроксида алюминия. Он выпадает в осадок и не входит в массу конечного раствора:
$$m(\mathrm{Al(OH)_3})=0{,}3\cdot78=23{,}4\ \text{г}$$Масса конечного раствора равна массе исходных веществ за вычетом массы осадка:
$$m_{\text{р-ра}}=125+40{,}05+0{,}1\cdot64-23{,}4=148{,}05\ \text{г}$$Вычисляем массовые доли солей в конечном растворе:
$$\omega(\mathrm{NH_4Cl})=\frac{48{,}15}{148{,}05}\cdot100\%=32{,}5\%;\quad \omega(\mathrm{NH_4HSO_3})=\frac{9{,}9}{148{,}05}\cdot100\%=6{,}7\%$$В конечном растворе массовая доля $\mathrm{NH_4Cl}$ составляет $32{,}5\%$, а массовая доля $\mathrm{NH_4HSO_3}$ — $6{,}7\%$.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Не учитывать, что 56% — это массовая доля протонов во всём исходном растворе.
Считать, что весь аммиак расходуется на реакцию с хлоридом алюминия.
Записывать образование $(\mathrm{NH_4})_2\mathrm{SO_3}$ при недостатке аммиака.
Включать массу осадка $\mathrm{Al(OH)_3}$ в массу конечного раствора.
Использовать массу всего исходного содержимого вместо массы раствора после отделения осадка.