дано:
- масса алюминия (m_Al) = 12,2 г
- масса серы (m_S) = 12,2 г
- массовая доля гидроксида калия = 10,0 %
- плотность раствора KOH = 1,12 г/см³
найти:
1. минимальный объём раствора KOH для полного растворения остатка
2. объём газа, выделяющегося при нагревании смеси
решение:
1. Определим реакции, которые происходят при нагревании алюминия с серой:
2Al + 3S -> Al2S3 (алюминий реагирует с серой с образованием сульфида алюминия)
Доля алюминия (12,2 г / 27 г/моль) = 0,452 моль
Доля серы (12,2 г / 32 г/моль) = 0,381 моль
Из уравнения реакции видно, что на 2 моля Al требуется 3 моля S. Для 0,452 моль Al потребуется:
0,452 * (3/2) = 0,678 моль S, что больше, чем есть в наличии. Следовательно, ограничивающим реагентом является сера.
Рассчитаем массу получившегося сульфида алюминия:
m(Al2S3) = 2 * 27 + 3 * 32 = 150 г/моль
Количество соли: n(Al2S3) = 0,381 / (3/2) = 0,254 моль
Масса сульфида: m(Al2S3) = n(Al2S3) * M(Al2S3) = 0,254 моль * 150 г/моль = 38,1 г.
2. Теперь найдем объём раствора KOH, необходимого для растворения сульфида:
Сначала определяем количество KOH, необходимое для реакции с Al2S3:
Al2S3 + 6KOH -> 2Al(OH)3 + 3K2S
То есть, на 1 моль Al2S3 требуется 6 моль KOH.
Найдём количество KOH:
n(KOH) = 6 * n(Al2S3) = 6 * 0,254 = 1,524 моль
Масса KOH:
Молярная масса KOH = 39 + 1 + 16 = 56 г/моль
m(KOH) = n(KOH) * M(KOH) = 1,524 моль * 56 г/моль = 85,344 г
Объём раствора KOH с массовой долей 10 %:
Масса раствора = m(KOH) / 0,1 = 85,344 г / 0,1 = 853,44 г
Теперь находим объём раствора:
Объём раствора = масса раствора / плотность = 853,44 г / 1,12 г/см³ = 761,36 см³
3. Объём газа, выделяющегося при реакции:
По уравнению реакции Al2S3 с водой:
Al2S3 + 6H2O -> 2Al(OH)3 + 3H2S
На 1 моль Al2S3 выделяется 3 моль H2S. Для 0,254 моль Al2S3 выделится:
n(H2S) = 3 * 0,254 = 0,762 моль
При нормальных условиях (н.у.) объём 1 моль газа составляет 22,4 л.
Объём газа: V(H2S) = n(H2S) * 22,4 л/моль = 0,762 моль * 22,4 л/моль = 17,06 л.
ответ:
1. Минимальный объём раствора KOH: 761,36 см³
2. Объём газа H2S (н.у.): 17,06 л