Химия
8 класс
Вопрос
Навеску тонко измельченных алюминия, цинка и серы нагрели до окончания реакции. Полученный твердый продукт полностью растворился в соляной кислоте с выделением 784 мл (н.у.) газа, пропускание которого через избыток раствора нитрата меди дало 1,92 г осадка. Напишите уравнения проведенных реакций и вычислите максимальное возможное содержание каждого из компонентов исходной смеси в процентах по массе.
Ответ
Оба металлических компонента смеси - цинк и алюминий - реагируют как с серой, так и с соляной кислотой:
$Zn + S = ZnS$, (1)
$2Al + 3S = Al_{2}S_{3}$, (2)
$Zn + 2HCl = ZnCl_{2} + H_{2} \uparrow$, (3)
$2Al + 6HCl = 2AlCl_{3} + 3H_{2} \uparrow$. (4)
Сульфиды цинка и серы также растворимы в соляной кислоте:
$ZnS + 2HCl = ZnCl_{2} + H_{2}S \uparrow$, (5)
$Al_{2}S_{3} + 6HCl = 2AlCl_{3} + 3H_{2}S \uparrow$. (6)
С раствором нитрата меди реагирует сероводород:
$H_{2}S + Cu(NO_{3})_{2} = CuS \downarrow + 2HNO_{3}$.
$\nu (CuS) = \frac{1,92}{96} = 0,02 моль, \nu (H_{2}S) = \nu (CuS) = 0,02 моль$. Общее количество выделившегося газа (с учетом водорода) равно: $\nu (газов) = \frac{0,784}{22,4} = 0,035 моль$, следовательно в реакциях (3) и (4) выделилось 0,035 - 0,02 = 0,015 моль водорода.
Максимальное содержание веществ находится следующим образом. Представим себе, что в смеси почти не было алюминия, а были только цинк и сера. Тогда в реакцию (3) с соляной кислотой вступило 0,015 моль цинка. В реакцию (5) вступило 0,02 моль сульфида цинка, который образовался в реакции (1) из 0,02 моль цинка и 0,02 моль серы. Таким образом, в этом случае:
$m(Zn) = (NULL,015 + 0,02) \cdot 65 = 2,28 г, m(S) = 0,02 \cdot 64 = 1,28 г$
$\omega (Zn) = \frac{2,28}{2,28 + 1,28} = 0,640 = 64,0 \text{ % }, \omega (S) = 36,0 \text{ %}$.
Аналогичный расчет можно провести в случае, когда в смеси почти не было цинка. В реакцию (4) вступило 0,01 моль алюминия, в реакцию (6) - $\frac{0,02}{3}$ моль $Al_{2}S_{3}$, в реакцию (2) - $\frac{0,04}{3}$ моль алюминия и 0,02 моль серы.
$m(Al) = \left (NULL,01 + \frac{0,04}{3} \right ) \cdot 27 = 0,63 г, m(S) = 0,02 \cdot 64 = 1,28 г$
$\omega (Al) = \frac{0,63}{0,63 + 1,28} = 0,330 = 33,0 \text{ %}, \omega (S) = 67,0 \text{ %}$.
Таким образом, максимальное содержание серы в массовых процентах соответствует смеси с алюминием и пренебрежимо малым количеством цинка.
Ответ. 64,0% $Zn$, 33,0% $Al$, 67,0% $S$.