Дано:
- Масса смеси оксидов (Fe2O3 и CuO): m(смеси) = 40 г
- Объем выделившегося газа при действии HCl: V(H2) = 3,92 л
- Объем выделившегося газа при действии щелочи: V(H2) = 1,68 л
Найти:
- Массовую долю алюминия в исходной смеси с оксидами.
Решение:
1) Записываем уравнения реакций:
Реакция с соляной кислотой:
Fe2O3 + 6HCl -> 2FeCl3 + 3H2O + 3/2 H2 (1)
CuO + 2HCl -> CuCl2 + H2O + H2 (2)
Реакция с щелочью:
Fe2O3 + 2NaOH + 3H2O -> 2NaFe(OH)4 (3)
CuO + 2NaOH -> Na2Cu(OH)2 (4)
2) Находим количество водорода, выделившегося в результате реакции с HCl:
n(H2) = V(H2) / Vm = 3,92 / 22,4 = 0,175 моль
Из уравнения (1) и (2) видим, что 1 моль Fe2O3 дает 3/2 моль H2, а 1 моль CuO дает 1 моль H2.
Пусть n(Fe2O3) - количество молей Fe2O3, n(CuO) - количество молей CuO.
Тогда:
n(H2) = (3/2)n(Fe2O3) + n(CuO)
3) Для реакции с щелочью также находим количество выделившегося водорода:
n(H2) = V(H2) / Vm = 1,68 / 22,4 = 0,075 моль
Из уравнений (3) и (4) видно, что 1 моль Fe2O3 не дает водорода, а 1 моль CuO также не дает водорода, то есть все выделенные газы были получены только из первой реакции.
Суммируя оба количества, имеем систему уравнений:
0,175 = (3/2)n(Fe2O3) + n(CuO) (5)
0,075 = 0 + n(CuO) (6)
Из уравнения (6) получаем:
n(CuO) = 0,075 моль
Подставляем это значение в уравнение (5):
0,175 = (3/2)n(Fe2O3) + 0,075
0,175 - 0,075 = (3/2)n(Fe2O3)
0,1 = (3/2)n(Fe2O3)
n(Fe2O3) = 0,1 * (2/3) = 0,067 моль
4) Теперь можем найти массы оксидов:
Молярные массы:
M(Fe2O3) = 2*55,85 + 3*16 = 159,7 г/моль
M(CuO) = 63,5 + 16 = 79,5 г/моль
m(Fe2O3) = n(Fe2O3) * M(Fe2O3) = 0,067 * 159,7 = 10,69 г
m(CuO) = n(CuO) * M(CuO) = 0,075 * 79,5 = 5,96 г
Общая масса оксидов:
m(оксидов) = m(Fe2O3) + m(CuO) = 10,69 + 5,96 = 16,65 г
5) Так как общая масса смеси равна 40 г, то масса алюминия будет:
m(Al) = m(смеси) - m(оксидов) = 40 - 16,65 = 23,35 г
6) Рассчитываем массовую долю алюминия в смеси:
w(Al) = m(Al) / (m(Al) + m(оксидов)) * 100%
w(Al) = 23,35 / 40 * 100% = 58,375%
Ответ: массовая доля алюминия в исходной смеси составляет приблизительно 58,38%.