Химия

8 класс

Водный раствор бесцветной соли

$X$ обладает кислой реакцией. Образец соли

$X$ массой 0,521 г подвергли несильному нагреванию (сильное нагревание вызывало возгонку безводной соли) и летучие продукты разложения пропустили последовательно через

$U$ -образные трубки, заполненные безводным хлористым кальцием и гранулированным едким кали. Масса трубок при этом возросла соответственно на 0,175 и 0,236 г. Другой образец той же соли массой 0,725 г растворили в воде и полученный раствор обработали раствором едкого кали. При этом выпал осадок, который растворился при дальнейшем добавлении раствора щелочи. После полного растворения образовавшийся раствор нейтрализовали серной кислотой, упарили и охладили до

$0^{\circ} C$ . При этом выпали кристаллы двойной соли

$Y$ . Масса высушенных кристаллов соли

$Y$ составляла 1,424 г. Следует считать, что катион соли

$X$ количественно вошел в состав полученной двойной соли

$Y$ . а. Напишите формулу соли

$X$ и назовите ее, учитывая, что она представляет собой кристаллогидрат. б. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно обнаружить катион соли

$X$ .

Исследуемая соль

$X$ - кристаллический шести-водный хлорид алюминия, который при осторожном прокаливании полностью гидролизуется и разлагается по уравнению

$2AlCl_3 \cdot 6H_2O \overset {t^{\circ}}{\rightarrow} Al_2O_3 + 6HCl + 9H_2O$ . (1)

По увеличению массы

$U$ -образных трубок, обусловленному поглощением продуктов разложения, следует, что из 0,521 г соли (NULL,16 ммоля

$AlCl_3 \cdot 6H_2O$ ) образовалось 9,72 ммоля

$H_2O$ и 6,47 ммоля

$HCl$ , что соответствует высказанному предположению. В результате проведенных реакций была получена двойная соль - алюмокалиевые квасцы, которые кристаллизуются с образованием кристаллогидрата

$KAl(SO_4)_2 \cdot 12H_2O$ (

$M = 474,5$ ).

Из 0,725 г

$AlCl_3 \cdot 6H_2O$ (

$M = 241,5$ ), т.е. из

$0,725 : 241,5 = 3 \cdot 10^{-3}$ моля, может быть получено

$3 \cdot 10^{-3}$ моля,
или

$3 \cdot 10^{-3} \cdot 474,5 = 1,424$ г, квасцов

$KAl(SO_4)_2 \cdot 12H_2O$ , что согласуется с условием задачи.

(Предложенное решение логически не является достаточно строгим и однозначным, так как в условии задачи недостаточно данных для математически однозначного установления величин эквивалентных и атомных масс. В этом случае допустимо использование гипотез о классах, к которым могут относиться исходные и полученные вещества, и анализ этих гипотез в соответствии с приведенными в условии данными, т. е. решение задачи сводится к подтверждению правильности одной из гипотез стехиометрическим расчетом.

Заметим далее, что и при этой оговорке авторы не использовали полностью ряд условий и логических доводов для обоснования гипотезы: отсутствие окраски соли исключает из рассмотрения соли железа(III) и хрома(Ш), которые также дают двойные сульфаты с щелочными металлами; безводный хлорид алюминия

$Al_2Cl_6$ возгоняется при нагревании. Кроме того, известны массы воды и кислых продуктов разложения, а по их разности - масса вещества, оставшегося при разложении, а также соотношение между массами кристаллогидрата и квасцов, что позволяло более строго мотивировать решение.)

Описанные превращения по получению квасцов в данном варианте решейния можно выразить следующими сокращенными ионными уравнениями:

$Al^{3+} + 3OH^{-} = Al(OH)_3$ , (2)

$Al(OH)_3 + OH^{-} = Al(OH)_4^{-}$ , (3)

$Al(OH)_4^{-} + 4H^{+} = Al^{3+} + 4H_2O$ , (4)

$OH^{-} + H^{+} = H_2O$ .

Из водного раствора, содержащего одновременно ионы

$K^{+}$ ,

$Al^{3+}$ ,

$SO_4^{2-}$ , в первую очередь кристаллизуется наименее растворимая двойная соль.

Для обнаружения иона алюминия

$Al^{3+}$ можно воспользоваться следующим набором реакций:

а) осаждение студенистого осадка

$Al(OH)_3$ при действии растворов гидроксидов щелочных металлов и его растворение в избытке растворов щелочей (реакции 2 и 3);
б) водный раствор аммиака, а также растворы

$Na_2CO_3$ ,

$KCN$ ,

$(NH_4)_2S$ вызывают выделение

$Al(OH)_3$ , не растворимого в избытке этих реагентов;
в) осаждение

$Al(OH)_3$ из растворов алюминатов при действии раствора

$NH_4Cl$