Каковы массовые доли алюминия и карбида алюминия в исходной смеси, после обработки избытком хлороводородной кислоты

Поющий_Хомяк

48

Для решения данной задачи нам потребуется использовать знания о химических реакциях и расчетах массовых долей веществ в смеси.

Дано:
Объем выделенного газа: 13,44 л (н. у.)

Хотим найти:
Массовые доли алюминия и карбида алюминия в исходной смеси

Решение:

1. Сначала необходимо определить химическую реакцию, происходящую между алюминием и хлороводородной кислотой:
\(Al + HCl \rightarrow AlCl_3 + H_2\)

2. Из уравнения реакции видно, что при реакции 1 моль алюминия образуется 1 моль хлорида алюминия \(AlCl_3\) и выделяется 1 моль водорода \(H_2\).

3. Чтобы найти количество молей хлорида алюминия, необходимых для образования выделившегося газа, нам нужно знать мольную массу газа. Так как из условия задачи газ выделен при нормальных условиях (н. у.), мы можем использовать закон Гей-Люссака для расчета количества молей газа:
\(\frac{V_1}{n_1} = \frac{V_2}{n_2}\),
где \(V_1\) и \(n_1\) - объем и количество молей газа при известных условиях (в нашем случае, н. у.)
\(V_2\) и \(n_2\) - объем и количество молей газа при неизвестных условиях (в нашем случае, обработка хлороводородной кислотой)

Из условия задачи, измерен объем выделившегося газа \(V_2\) равный 13,44 л, и мы знаем, что при нормальных условиях (н. у.) 1 моль газа занимает 22,4 литра, следовательно:
\(n_2 = \frac{{V_2}}{{V_1}} \cdot n_1 = \frac{{13,44}}{{22,4}} \cdot 1 = 0,6\) моль

4. Исходя из уравнения реакции, чтобы образовалось 1 моль хлорида алюминия \(AlCl_3\), необходимо 1 моль алюминия \(Al\). Следовательно, мольное соотношение между количеством молей алюминия и количеством молей хлорида алюминия равно 1:1.

5. Поскольку количество молей хлорида алюминия равно 0,6 моль, то и количество молей алюминия также будет 0,6 моль.

6. Далее, чтобы найти массовые доли алюминия и карбида алюминия в исходной смеси, нам нужно знать мольные массы этих веществ.

7. Мольная масса алюминия \(Al\) равна 26,98 г/моль, а мольная масса карбида алюминия \(Al_4C_3\) равна 144,96 г/моль.

8. Чтобы найти массу алюминия в исходной смеси, умножим количество молей алюминия на его мольную массу:
\(m_{Al} = n_{Al} \cdot M_{Al} = 0,6 \cdot 26,98 = 16,19\) г

9. Чтобы найти массу карбида алюминия в исходной смеси, умножим количество молей карбида алюминия на его мольную массу:
\(m_{Al_4C_3} = n_{Al_4C_3} \cdot M_{Al_4C_3} = 0,6 \cdot 144,96 = 86,98\) г

10. Наконец, чтобы найти массовые доли алюминия и карбида алюминия в исходной смеси, используем следующие формулы:
\(\text{Массовая доля Al} = \frac{{m_{Al}}}{{m_{Al} + m_{Al_4C_3}}} \cdot 100\% = \frac{{16,19}}{{16,19 + 86,98}}} \cdot 100\% = \frac{{16,19}}{{103,17}} \cdot 100\% = 15,7\%
\(\text{Массовая доля Al}_4\text{C}_3 = \frac{{m_{Al_4C_3}}}{{m_{Al} + m_{Al_4C_3}}} \cdot 100\% = \frac{{86,98}}{{16,19 + 86,98}}} \cdot 100\% = \frac{{86,98}}{{103,17}} \cdot 100\% = 84,3\%

Ответ:
Массовая доля алюминия в исходной смеси составляет 15,7%, а массовая доля карбида алюминия составляет 84,3%.