Химия

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 $NH_4Cl$

$NH_4^{+} + Al(OH)_4^{-} \rightarrow NH_3 + Al(OH)_3 + H_2O$;

г) характерной (специфической) реакцией на ион $Al^{3+}$ служит образование ярко-красных лаков при взаимодействии с раствором ализарина $S$ в щелочных растворах.