Химия

8 класс
Вопрос
В школьной химической лаборатории утеряна этикетка с банки, содержащей белое кристаллическое вещество. С помощью имевшихся реактивов удалось установить, что это вещество принадлежит к числу кристаллогидратов солей серной кислоты, однако из-за недостатка реактивов не было выяснено, какой катион входит в состав соли. Для определения состава вещества количественными методами взвесили 56,75 г его, растворили в воде и раствор разбавили до объема 500 мл. Одну из проб этого раствора объемом 20 мл обработали избытком 0,1 н. раствора аммиака, а на другую, также объемом 20 мл, подействовали избытком 0,1 н. раствора $BaCl_2$. В обоих случаях выпали осадки, массы которых после их отделения, промывания л прокаливания равны 0,348 г (первого) и 2,381 г (второго). Установите формулу неизвестной соли.
Ответ


В 20 мл полученного раствора содержится

$m_1 = \frac{56,75 \cdot 20}{500} = 2,27$ г кристаллогидрата.

С этим количеством соли проведены следующие реакции:

$M_2(SO_4) \cdot nH_2O + 2x NH_3 + (2x - n)H_2O \rightarrow 2M(OH)_x + x(NH_4)_2SO_4$,
$2M(OH)_x \overset {t^{\circ}}{\rightarrow} M_2O_x + xH_2O$,

при этом получено $m_2 = 0,348$ г оксида $M_2O_x$,

$\frac {M_2(SO_4)_x \cdot n H_2O}{m_1} = \frac{M_2O_x}{m_2}$, (1a)
$M_2(SO_4)_x \cdot nH_2O + xBaCl_2 \rightarrow 2MCl_x + xBaSO_4 + nH_2O$,

где получено $m_3 = 2,381$ г $BaSO_4$,

$\frac{Mg_2(SO_4)_x \cdot nH_2O}{m_1} = \frac{x \cdot BaSO_4}{m_3}$ (1б)

[формулы веществ в уравнениях (la) и (16) обозначают соответствующие молекулярные массы].

Если эквивалент металла $Э_M = A_M/x$ то, поделив уравнения (1а) и (16) на $x$, получим систему алгебраических уравнений

$\begin{cases} \frac {2Э_M + M_{SO_4} + n/x M_{H_2O}}{m_1} = \frac {2Э_M + A_O}{m_2} \\ \frac {2Э_M + M_{SO_4} + n/x M_{H_2O}}{m_1} = \frac{M_{BaSO_4}}{m_3} \end{cases}$. (2)

Поскольку левые части уравнений (2) одинаковы, то

$\frac{2Э_M + A_O}{m_2} = \frac{M_{BaSO_4}}{m_3}$,

откуда

$Э_M = \frac{1}{2} \left ( \frac{m_2}{m_3} \cdot M_{BaSO_4} - A_O \right ) = \frac{1}{2} \left ( \frac{0,348}{2,381} \cdot 244,43 - 16 \right ) = 9,06$.

Теперь, зная $Э_M$, из системы уравнений (2) находим отношение $n/x$:

$\frac{n}{x} = \frac{m_1}{m_3} \cdot \frac{M_{BaSO_4}}{M_{H_2O}} = \frac{M_{Э_2SO_4}}{M_{H_2O}}, \frac{n}{x} = 5,98 \approx 6$.

Атомная масса металла $A = Э \cdot x$, причем $1 \leq x \leq 4$ (в солях степень окисления катиона не превышает 4), и имеет целочисленное значение. Составим таблицу возможных значений атомных масс:



(Для водных растворов можно ограничиться $x \leq 3$, так как соли катионов $M^{+4}$ полностью гидролизованы.)

Два из полученных значений атомных масс близки к атомным массам $Be$ и $Al$, однако только у алюминия ($A = 26,98$; $Э \approx 9$) наблюдается соответствие эквивалента и атомной массы (бериллий не одно-, а двухвалентен).

Следовательно, неизвестная соль представляет собой кристаллогидрат сульфата алюминия и при $n = 6x$ имеет формулу $Al_2(SO_4)_3 \cdot 18H_2O$.
8 класс Химия Средняя

Ещё по теме

При сожжении образца некоторого углеводорода массой 0,680 г было получено 2,200 г $CO_2$ и 0,720 г $H_2O$. Плотность паров этого вещества по водороду равна 34. Образец паров соединения объемом в $374 см^3$, измеренным при температуре $200^{\circ} C$ и давлении 780 мм рт. ст. подвергли взаимодействию с бромистым водородом. На образовавшееся вещество подействовали влажной окисью серебра. Полученное производное после высушивания вступило в реакцию с натрием, при этом выделилось $122 см^3$ водорода, измеренного при давлении 740 мм рт. ст. и температуре $17^{\circ} C$. Другими методами было установлено, что это соединение не содержит третичного атома углерода. а. Напишите уравнения названных реакций. б. Определите структурные формулы указанных соединений. в. Назовите по крайней мере 6 изомеров веществ, обладающих той же молекулярной формулой.
8 класс Химия Средняя