Question

Всем привет!:) Прошу помочь решить задачу на смеси, уже целых два часа голову ломаю... Видимо не так систему уравнений составляю. В общем, вот она сама:    Смесь алюминиевых и железных опилок обработали избытком разбавленной соляной кислоты, при этом выделилось 8,96 л (н.у.) водорода. Если такую же массу смеси обработать избытком раствора гидроксида натрия, то выделиться 6,72 л (н.у) водорода. Рассчитайте массовую долю железа в исходной смеси.   Всякие ответы, типа, простых ответов без решения, либо сочувствие, или же какие-либо порывы эмоций, что задача не решается, не принимаются. По этому поводу либо в лс, либо в комменты пишите:) Всем заранее Спасибо!

Answer 1

Да, система здесь не нужна.

Реакции гидроксида с железом для этой задачи не подразумевается. Так как в этом случае она (задача) становится нерешаемой. Еще на то, что с гидроксидом реагирует только алюминий указывает тот факт, что про обработку смеси опилок щелочью не дано никакой дополнительной информации. Дело в том, что тетрагидроксоалюминат железа образовывается в очень специфических условиях. Для его образования реакцию нужно проводить в атмосфере азота и только 50% раствором гидроксида натрия.

Поэтому здесь со щелочью реагирует только алюминий. и в результате реакции получается тетрагидроксоалюминат, а не метаалюминат натрия. Последний образуется только в отсутсвии воды - при сплавлении. Здесь же у нас используются растворы.

 

Итак, при обработке щелочью в реакцию вступает только алюминий.

Реакция алюминия с гидроксидом натрия:

2Al + NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2

n(H2) = V(H2)/Vm = 6,72/22,4 = 0,3 моль.

По уравнению n(Al) = (n(H2)/3)*2 = (0,3/3)*2 = 0,2 моль

m(Al) = n(Al)*M(Al) = 0,2*27 = 5,4 г.

 

При обработке соляной кислотой водорода выделяется больше, потому что с ней реагирует еще и железо.

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2

Fe + 2HCl = FeCl2 + H2

 

n(Al) = 0,2 моль. Значит в реакции с соляной кислотой алюминий дает (0,2/2)*3 = 0,3 моль водорода.

Всего водорода при обработке смеси выделяется 8,96/22,4 = 0,4 моль.

Значит в реакции с железом водорода выделяется 0,4-0,3 = 0,1 моль.

По уравнению этой реакции n(Fe) = n(H2) = 0,1 моль.

m(Fe) = n(Fe)*M(Fe) = 0,1*56 = 5,6 г.

 

W(Fe) = m(Fe)/m(смеси) = 5,6/(5,6+5,4) = 5,6/11 = 0,509 или 50,9%.

Answer 2

Пусть масса всей смеси будет равна М, масса железа в ней - m, а масса алюминия - (М - m).

Тогда при реакции с соляной кислотой происходят следующие реакции:

Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑
Al + 6HCl → AlCl3 + 3H2↑

Из уравнения видно, что при реакции 1 моль железа даёт 1 моль водорода, а при реакции 1 моль алюминия - 3 моль водорода. Из общего объёма выделившегося водорода мы можем рассчитать количество молей водорода, которое выделилось при каждой реакции. Пусть при реакции с соляной кислотой выделилось n1 моль водорода, а при реакции с гидроксидом натрия - n2 моль водорода.

Тогда:

n1 = m/(56 · 2) - (M - m)/(27 · 2)
n2 = m/(56 · 2) - (M - m)/(27 · 6)

(здесь 56 и 27 - молярные массы железа и алюминия соответственно, множитель 2 - потому что на 1 моль железа выделяется 2 моля водорода, а на 1 моль алюминия - 6 молей водорода)

Решив систему уравнений (для этого можно, например, по методу Гаусса), найдём, что:

m/M = 0,391

То есть, массовая доля железа в смеси равна 39,1%.