Дано: m(Al с прим.)=540 мг, ω(примесей)=4%
Найти: V(H2)-?, n(AlCl3)-?
Решение
1-й способ
1. Рассчитываем массовую долю чистого алюминия:
ω(Al)=100%-ω(примесей)=100%-4%=96%
2. Рассчитываем массу чистого алюминия:
m(Al)=(ω(Al)•m(Al с прим.)):100%=96%•540 мг:100%=518,4 мг
3. Количество вещества алюминия массой 518,4 мг вычисляем по формуле: n=m/M, где M ― молярная масса.
Mr(Al)=Ar(Al)=27, поэтому M(Al)=27 мг/ммоль
n(Al)=m(Al)/M(Al)=518,4 мг : 27 мг/ммоль=19,2 ммоль
4. Составим химическое уравнение:
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2↑
По уравнению реакции n(Al):n(AlCl3):n(H2)=2:2:3=1:1:1,5, то есть с 2 ммоль алюминия образуется 2 ммоль хлорида алюминия и 3 ммоль водорода, следовательно, количество вещества хлорида алюминия и алюминия одинаковое, а количество вещества водорода в 1,5 раза больше количества вещества алюминия, поэтому
n(AlCl3)=n(Al)=19,2 ммоль
n(Н2)=1,5•n(Al)=1,5•19,2 ммоль=28,8 ммоль
5. Вычисляем объём водорода количеством вещества 28,8 ммоль по формуле: V=n•VM, где VM ― молярный объём.
V(Н2)=n(Н2)•VM=28,8 ммоль • 22,4 мл/ммоль=645,12 мл
2-й способ
1. Рассчитываем массу примесей в образце алюминия:
m(примесей)=(ω(примесей)•m(Al с прим.)):100%=4%•540 мг : 100%=21,6 мг
2. Рассчитываем массу чистого алюминия:
m(Al)=m(Al с прим.) - m(примесей)=540 мг – 21,6 мг=518,4 мг
3. Составим химическое уравнение:
518,4 мг х ммоль у мл
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2↑
54 мг 2 ммоль 67,2 мл
Над формулами соединений Al, AlCl3 и H2 записываем вычисленную массу алюминия (518,4 мг), неизвестные количество вещества хлорида алюминия и объём водорода (х ммоль и у мл соответственно), а под формулами соединений ― массу и объем соответствующего количества вещества согласно коэффициентам в химическом уравнении. При н.у. 1 ммоль любого газа при н.у. занимает объем 22,4 мл, а 3 ммоль ― у 3 раза больший объём, то есть 67,2 мл.
M(Al)=27 мг/ммоль, масса 1 ммоль=27 мг, а масса 2 ммоль=54 мг
4. Количество вещества хлорида алюминия рассчитываем с помощью пропорции:
518,4 мг / 54 мг = х ммоль / 2 ммоль, отсюда
х=n(AlCl3)=518,4 мг • 2 ммоль : 54 мг=19,2 ммоль
5. Объём водорода рассчитываем с помощью пропорции:
518 мг / 54 мг = у мл / 67,2 мл, отсюда
у=V(H2)=518,4 мг • 67,2 мл : 54 мг=645,12 мл
Ответ: при взаимодействии соляной кислоты с 540 мг алюминия, содержащего 4% примесей, образуется 19,2 ммоль хлорида алюминия и 645,12 мл водорода.