Дано:
- Объем раствора соляной кислоты: V = 317,4 мл = 0,3174 л
- Массовая доля соляной кислоты: 30%
- Плотность раствора соляной кислоты: ρ = 1,15 г/мл = 1150 г/л
- Объем газа при нормальных условиях: V_gas = 8,96 л
- Температура и давление нормальных условий: T = 273,15 К, P = 101,3 кПа (н. у.)
Найти:
- Массовая доля алюминия в смеси
Решение:
1. Найдем массу раствора соляной кислоты:
m_solution = ρ * V = 1150 г/л * 0,3174 л = 365,51 г
2. Найдем массу HCl в растворе:
m_HCl = 30% от массы раствора = 0,30 * 365,51 г = 109,65 г
3. Найдем количество молей HCl:
Молекулярная масса HCl = 1 + 35,5 = 36,5 г/моль
n_HCl = m_HCl / M_HCl = 109,65 г / 36,5 г/моль = 3,01 моль
4. Определим объем газа, выделившегося при реакции:
Используем уравнение состояния идеального газа:
V_gas = n_gas * R * T / P
где R = 8,314 Дж/(моль·К), T = 273,15 К, P = 101,3 кПа = 101300 Па
Переведем объем газа в м³:
V_gas = 8,96 л = 0,00896 м³
Найдем количество молей газа:
n_gas = V_gas * P / (R * T) = 0,00896 м³ * 101300 Па / (8,314 Дж/(моль·К) * 273,15 К) = 0,4 моль
5. Реакция между алюминием и соляной кислотой:
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2 ↑
Из уравнения видно, что 2 моль Al реагируют с 6 молями HCl, образуя 3 моль H2. Следовательно, 1 моль Al выделяет 3/2 моль H2. Соответственно:
n_Al = 2/3 * n_H2 = 2/3 * 0,4 моль = 0,267 моль
6. Найдем массу алюминия:
Молекулярная масса Al = 27 г/моль
m_Al = n_Al * M_Al = 0,267 моль * 27 г/моль = 7,21 г
7. Определим массу смеси (из расчета на 100% HCl):
Масса HCl = 109,65 г
Масса смеси = масса HCl / массовая доля HCl = 109,65 г / 0,30 = 365,5 г
8. Найдем массовую долю алюминия в смеси:
Массовая доля алюминия = (масса Al / масса смеси) * 100% = (7,21 г / 365,5 г) * 100% = 1,97%
Ответ: массовая доля алюминия в смеси составляет 1,97%.