Question

При растворении 1,11 г смеси железных и алюминиевых опилок в 18.25%-ном растворе соляной кислоты (ρ = 1,09 г/мл) выделилось 0,672 л водорода (н. найдите массовые доли металлов в смеси и определите объем израсходованной соляной кислоты.

Answer 1

M(смеси) = 1,11 г
w(HCl) = 18,25%
ρ(HCl) = 1,09 г/см3 = ρ = 1,09 г/мл
V(H2) = 0,672 л
В реакцию с соляной кислотой с образованием водорода вступят оба металла.
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2↑ (1)
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2↑ (2)
Пусть в смеси было х моль алюминия и у моль железа.
n(Al) = х моль
n(Fe) = у моль
Тогда масса алюминия и железа в смеси
m(Al) = n(Al)*M(Al) = 27х
m(Fe) = n(Fe)*M(Fe) = 56у
Масса смеси алюминия и железа
m(смеси) = m(Al) + m(Fe) = 27х + 56у = 1,11 г
По уравнениям реакций (1) и (2) количество вещества водорода, выделившегося при взаимодействии соляной кислоты с алюминием и железом.
n1(Н2) = 3n(Al)/2 = 1,5x моль
n2(Н2) = n(Fe) = y моль
Объем водорода, выделившийся при взаимодействии соляной кислоты с алюминием и железом.
V1(Н2) = n1(Н2)*Vm = 22,4*1,5x = 33,6х
V2(Н2) = n2(Н2)*Vm = 22,4y
Vm = 22,4 л/моль – молярный объем при н. у.
Суммарный объем выделившегося в двух реакциях водорода
V(Н2) = V1(Н2) + V2(Н2) = 33,6x + 22,4y = 0,672 л
Получили систему уравнений
27х + 56у = 1,11
33,6x + 22,4y = 0,672 | : 22,4
1,5х + у = 0,03 | х 18
27х + 18у = 0,54
38у = 0,57
n(Fe) = y = 0,015 моль
n(Al) = х = 0,01 моль
Массы алюминия и железа в смеси
m(Al) = 27х = 27*0,01 = 0,27 г
m(Fe) = 56у = 56*0,015 = 0,84 г
Массовые доли алюминия и железа в смеси.
w(Al) = [m(Al)/m(смеси)] *100% = [0,27/1,11]*100% = 24,32%
w(Fe) = [m(Fe)/m(смеси)] *100% = [0,84/1,11]*100% = 75,68%
Согласно уравнениям реакций (1) и (2) количество вещества соляной кислоты, прореагировавшей в первой и второй реакциях.
n1(HCl) = 3n(Al) = 3x = 3*0,01 = 0,03 моль
n2(HCl) = 2n(Fe) = 2y = 2*0,015 = 0,03 моль
Суммарное количество соляной кислоты HCl, прореагировавшей в двух реакциях
n(HCl) = n1(HCl) + n2(HCl) = 0,03 + 0,03 = 0,06 моль
Масса чистого вещества соляной кислоты HCl, прореагировавшей в двух реакциях
m(HCl) = n(HCl)*M(HCl) = 0,06*36,5 = 2,19 г
Масса 18,25% раствора соляной кислоты.
m(HCl)р-ра = [m(HCl)/w(HCl)]*100% = [2,19/18,25]*100% = 12 г
Объем 18,25% раствора соляной кислоты.
V(HCl)p-pa = m(HCl)р-ра/ρ(HCl) = 12/1,09 = 11 мл

Answer 2

Дано:
m(Al+Fe)=1,11 г
ω(HCl) = 18,25% или 0,1825
р(HCl) = 1,09  г/мл
V(H2)=0,672 л
Найти:
ω(Al)=?
ω(Fe)=?
V(p-pa HCl)=?
Решение.
Примем массу железа за х г, а объем выделившегося водорода за у г, тогда масса алюминия (1,11-х) г, а объем выделившегося водорода (0,672-у) л
1,11-х                          0,672-у
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2↑   УХР1
54 г                              67,2 л

х г                              у л
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2↑            УХР2
56 г                            22,4 л
M(Al) = 27 г/моль
M(Fe) = 56 г/моль
Из УХР1 и УХР2
67,2*(1,11-х)=54*(0,672-у)
22,4*х = 56*у
Решив систему уравнений, получим
х=0,84 г - это масса железа
m(Al) = 1.11 г-0,84 г = 0,27 г
ω(Fe) = 0.84/1.11*100% = 75.68%
ω(Al) = 100%-75.68% = 24.32%
n(Fe) = m(Fe)/M(Fe) = 0,84/56=0.015 моль
n(Al) = m(Al)/M(Al) = 0.27/27=0.01 моль
Из УХР1 следует, что n(HCl) =3n(Al) = 3*0,01 моль = 0,03 моль
Из УХР2 следует, что n(HCl)=2n(Fe) = 2*0.015моль = 0,03 моль
общее количество HCl
n(HCl)=0.03моль+0,03 моль = 0,06 моль
M(HCl)=36.5 г/моль
m(HCl) = n(HCl)*M(HCl) = 0,06 моль*36,5 г/моль = 2,19 г
m(p-pa HCl) = m(HCl)/ω(HCl) = 2,19 г/0,1825 = 12 г
V(p-pa HCl) = m(p-paHCl)/p(HCl) = 12 г/1,09 г/мл = 11 мл
ответ: 75,68%Fe; 24.32%Al; 11 мл HCl