Дано:
V1 = 200 мл = 0.2 л - объем раствора нитрата алюминия
c(NO3-) = 1.8 моль/л - молярная концентрация нитрат-ионов в растворе нитрата алюминия
V2 = 82 мл = 0.082 л - объем раствора гидроксида натрия
ωNaOH = 20% - массовая доля гидроксида натрия в растворе
ρNaOH = 1.22 г/мл - плотность раствора гидроксида натрия
Найти:
ωO - массовая доля кислорода в остатке после прокаливания
Решение:
Определяем количество вещества нитрат-ионов: n(NO3-) = c(NO3-) * V1 = 1.8 моль/л * 0.2 л = 0.36 моль
Определяем количество вещества гидроксида натрия:
Масса раствора гидроксида натрия: mNaOH = ρNaOH * V2 = 1.22 г/мл * 82 мл = 100.04 г
Масса гидроксида натрия: m(NaOH) = ωNaOH * mNaOH = 0.20 * 100.04 г = 20.008 г
n(NaOH) = m(NaOH) / M(NaOH) = 20.008 г / 40 г/моль ≈ 0.5 моль
Реакция: Алюминиевые нитраты в щелочной среде образуют метаалюминаты, а нитраты - нитриты, которые при нагревании выделяют кислород. Равновесная реакция осложняется, поэтому рассматривается упрощенный вариант. Учитывая, что гидроксид натрия избыток, реакции будут протекать до конца. Реакция нитрата алюминия с гидроксидом натрия: Al(NO3)3 + 3NaOH → Al(OH)3 + 3NaNO3 Затем Al(OH)3 термически разлагается до Al2O3 4Al(OH)3 → 2Al2O3 + 6H2O Реакция нитрата натрия с гидроксидом натрия: NaNO3 + NaOH → не протекает Таким образом, конечные продукты: NaNO2, NaAlO2, H2O. При нагревании до высокой температуры вода удаляется: 2NaNO3 → 2NaNO2 + O2 При прокаливании остаток будет содержать NaNO2 и NaAlO2
Определяем количество вещества NaNO2 и NaAlO2:
Из реакции 0.36 моль нитратов дают 0.36 моль нитритов.
Из реакции 0.5 моль гидроксида натрия дают 0.167 моль алюминатов
Количество вещества кислорода в NaNO2: n(O в NaNO2) = 0.36 моль * 2 = 0.72 моль
Количество вещества кислорода в NaAlO2: n(O в NaAlO2) = 0.12 моль * 2 = 0.24 моль (доля алюминия не учитывается, т.к. её масса не влияет на массовую долю кислорода)
Определяем общее количество вещества кислорода: n(O в остатке) = n(O в NaNO2) + n(O в NaAlO2) = 0.72 моль + 0.24 моль = 0.96 моль
Определяем массу остатка: m(остатка) = m(NaNO2) + m(NaAlO2) m(NaNO2) = n(NaNO2) * M(NaNO2) = 0.36 моль * 69 г/моль = 24.84 г m(NaAlO2) = n(NaAlO2) * M(NaAlO2) = 0.167 моль * 82 г/моль = 13.674 г m(остатка) = 24.84 г + 13.674 г = 38.514 г
Определяем массовую долю кислорода: ωO = (n(O в остатке) * M(O)) / m(остатка) = (0.96 моль * 16 г/моль) / 38.514 г ≈ 0.396 ≈ 40%
Ответ:
Массовая доля кислорода в остатке после прокаливания приблизительно 40%.