Пример 1

2 г сплава меди с алюминием обработали раствором щелочи. Остаток растворили в разбавленной азотной кислоте, образовавшуюся при этом смесь выделили и прокалили. Масса остатка после прокаливания составила 0,8 г. Определите объем израсходованного 40%-го раствора гидроксида натрия (плотность 1,22 г/мл) и содержание металлов в сплаве.

См.: Кузьменко Н.Е., Еремин В.В., Попков В.А. Химия. Для школьников старших классов и поступающих в вузы. – М.: ОНИКС 21 век: Мир и образование, 2002. – С. 271.


Дано:

(Cu+Al) = 1,2 г

(остатка) = 0,8 г

ω (NaOH) = 40%

(p-pa NaOH) = 1,22 г/мл

М (NaOH) = 40 г/моль

М (Cu) = 64 г/моль

М (Al) = 27 г/моль

М (CuO) = 80 г/моль


Найти:

(p-pa NaOH)

ω (Cu)

ω (Al)


Решение:

Для решения задачи необходимо знать химические свойства меди и алюминия. Медь обладает металлическими свойствами и не реагирует со щелочами. С раствором гидроксида натрия будет реагировать только алюминий, который проявляет амфотерные свойства:

2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + H2                      (1)

Остатком является медь, которую растворили в разбавленной азотной кислоте:

3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O                       (2)

После выделения и прокаливания смеси образуется оксид меди (II):

2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 + O2                                        (3)

Определим массу меди в исходной смеси. Для этого найдем количество вещества оксида меди (II), по условию задачи его масса равна 0,8 г:

(моль).

По уравнению (3) 2 моль оксида меди (II) образуется из 2 моль нитрата меди (II), (соотношение n(CuO) : n(Cu(NO3)2) = 1 : 1), следовательно, 0,01 моль оксида меди (II) образуется из 0,01 моль нитрата меди (II). По уравнению (2) из 3 моль меди дает 3 моль нитрата меди (II) (соотношение n(Cu) : n(Cu(NO3)2) = 1 : 1), тогда для образования 0,01 моль нитрата меди (II) необходимо 0,01 моль меди. Количество вещества меди равно 0,01 моль. Рассчитаем массу меди в исходной смеси:

m = n · M = 0,01 · 64 = 0,64 г.

По условию задача масса смеси равна 2 г, определим массу алюминия:

m(Al) = m(смеси) – m(Cu) = 2 – 0,64 = 1,36 (г).

Рассчитаем массовые доли металлов в смеси:

 (%);
 (%).

Для определения объема израсходованного раствора гидроксида натрия, необходимо определить количество вещества NaOH вступившего во взаимодействие с алюминием. По уравнению реакции (1) 2 моль Al реагирует с 2 моль NaOH (соотношение n(Al) : n(NaOH) = 1 : 1). Количество вещества алюминий равно:

 моль,

следовательно, количество вещества (NaOH) = 0,05 моль.

Определим массу гидроксида натрия:

(в-ва) = n · M = 0,05 · 40 = 2 (г).

Вычислим массу раствора гидроксида натрия, зная массовую долю NaOH в растворе:

(г).

Определим объем раствора 40%-го раствора гидроксида натрия необходимый для взаимодействия:

(мл).

Ответ: (p-pa NaOH) = 4,1 мл; ω (Cu) = 32%, ω (Al) = 68%.