Решение: Расчёт массы нитрата алюминия
При нагревании образца нитрата алюминия часть вещества разложилась. При этом выделилось 10,08 л (в пересчёте на н.у.) смеси газов. Для полного растворения образовавшегося твёрдого остатка необходимо затратить 60 г 40%-ного раствора гидроксида натрия. При этом образовался тетрагидроксоалюминат натрия. Определите массу исходного образца нитрата алюминия.
Запишите уравнения реакций, указанных в условии, и приведите все необходимые вычисления с единицами измерения.
Решение по шагам
11 шаговУравнение термического разложения нитрата алюминия:
$$4\mathrm{Al(NO_3)_3}\xrightarrow{t}2\mathrm{Al_2O_3}+12\mathrm{NO_2}+3\mathrm{O_2}$$Найдём общее количество выделившейся газовой смеси:
$$n_{\text{газов}}=\frac{V}{V_m}=\frac{10{,}08\ \mathrm{л}}{22{,}4\ \mathrm{л/моль}}=0{,}45\ \mathrm{моль}$$Согласно уравнению реакции из 4 моль $\mathrm{Al(NO_3)_3}$ образуется 15 моль газов. Поэтому количество разложившегося нитрата алюминия равно:
$$n_{\text{разл.}}=0{,}45\cdot\frac{4}{15}=0{,}12\ \mathrm{моль}$$Количество образовавшегося оксида алюминия:
$$n(\mathrm{Al_2O_3})=0{,}12\cdot\frac{2}{4}=0{,}06\ \mathrm{моль}$$Запишем уравнения взаимодействия веществ твёрдого остатка с гидроксидом натрия. Для оксида алюминия:
$$\mathrm{Al_2O_3}+2\mathrm{NaOH}+3\mathrm{H_2O}\rightarrow2\mathrm{Na[Al(OH)_4]}$$Непрореагировавший нитрат алюминия также взаимодействует со щёлочью с образованием тетрагидроксоалюмината натрия:
$$\mathrm{Al(NO_3)_3}+4\mathrm{NaOH}\rightarrow\mathrm{Na[Al(OH)_4]}+3\mathrm{NaNO_3}$$В растворе содержится следующая масса и количество гидроксида натрия:
$$m(\mathrm{NaOH})=60\cdot0{,}40=24\ \mathrm{г};\quad n(\mathrm{NaOH})=\frac{24}{40}=0{,}60\ \mathrm{моль}$$На растворение оксида алюминия расходуется:
$$n_1(\mathrm{NaOH})=2\cdot0{,}06=0{,}12\ \mathrm{моль}$$На непрореагировавший нитрат алюминия израсходовано $0{,}60-0{,}12=0{,}48$ моль гидроксида натрия. Следовательно, количество оставшегося нитрата алюминия:
$$n_{\text{ост.}}(\mathrm{Al(NO_3)_3})=\frac{0{,}48}{4}=0{,}12\ \mathrm{моль}$$Количество нитрата алюминия в исходном образце:
$$n_{\text{исх.}}=0{,}12+0{,}12=0{,}24\ \mathrm{моль}$$Молярная масса нитрата алюминия равна $M(\mathrm{Al(NO_3)_3})=27+3(14+3\cdot16)=213\ \mathrm{г/моль}$. Масса исходного образца:
$$m_{\text{исх.}}=n_{\text{исх.}}\cdot M=0{,}24\cdot213=51{,}12\ \mathrm{г}$$Масса исходного образца нитрата алюминия равна 51,12 г.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Считать, что весь исходный нитрат алюминия разложился.
Не учитывать непрореагировавший нитрат алюминия в твёрдом остатке.
Использовать для газовой смеси соотношение 1 моль вещества к 1 молю газа вместо стехиометрического соотношения 4:15.
Не вычислить массовую долю гидроксида натрия в растворе.
Не учитывать расход щёлочи на растворение оксида алюминия.