ЕГЭ. Химия. Задача.
СЕРЕЖА.
Третий ответ получил, а все не сходится.
ВИКТОР.
У тебя всегда было плохо с математикой.
НАТАША.
Дело не в математике, где-то в химии ошибка.
НАСТЯ.
Давайте вместе решать. А то, я вообще не понимаю, как делать.
СЕРЕЖА.
Давайте. Начнем с начала, и будем действовать не спеша. Главное внимательно прочитать условие. Кто-то говорил, что правильно понятое условие — это половина решения.
НАТАША.
Кант говорил.
ВИКТОР.
Он же был философ.
СЕРЕЖА.
В те времена ученые всем занимались. Ладно, приступим.
"При частичном термическом разложении образца Нитрата Алюминия…"
Наташа, что скажешь об этом?
НАТАША.
При нагревании образец разлагается не полностью, и какая-то его часть остается в растворе. Нитрат Алюминия в воде растворим. При нагревании до 150 — 200 градусов Нитрат Алюминия разлагается на Оксид Алюминия, Оксид Азота 4, и Кислород. Кислород — бесцветный газ, без запаха, Оксид Азота 4 — красно-бурый ядовитый газ, Оксид Алюминия — бесцветные, нерастворимые в воде кристаллы.
СЕРЕЖА.
Правильно. Такой распад происходит, потому что Алюминий в ряду напряжений стоит между Марганцем и Медью. Тепло, т.е. внешний источник Энергии необходимо, потому что реакция окислительно-восстановительная, и в ней окисляется (теряет электроны) Кислород, который без внешней помощи окисляется только Фтором.
ВИТЯ.
Ну, ты загнул. Ладно, давай напишем стехиометрические коэффициенты, учитывая, что в левой и правой частях уравнения должно быть одинаковое количество атомов. NO3 (нитрат-ион) — анион Азотной кислоты — HNO3, поэтому он — одновалентный. Алюминий всегда трехвалентный, Кислород в соединениях всегда двухвалентный. Реакция необратима, т.к. выделяются газы, и выпадает осадок. Попытаемся поставить коэффициенты путем электронного баланса.
AL(NO3)3 = AL2O3 + NO2 + O2
Атомов Алюминия должно быть два, Азотов должно быть шесть, Кислородов восемнадцать. Перепишем.
2AL(NO3)3 = AL2O3 + 6NO2 + 1,5O2
Вроде уравняли, но пока без электронного баланса. Какова суть процесса? Кислород окисляется (отдает электроны), Азот восстанавливается. Как правильно сказал Сереня, подобный процесс ограбления сильного более слабым, невозможен без подогревания раствора.
НАСТЯ.
Слушай, не говори красиво.
ВИТЯ.
Ладно, хотелось оживить эту нудятину. Ну, что ж… Кислород отдает два электрона, из двухвалентного аниона, превращаясь в нейтральный атом. Азот получает один электрон, из пятивалентного катиона, переходя в четырехвалентный. Из этого со всей очевидностью следует, что атомов азота должно быть в два раза больше чем атомов Кислорода, т.к. количество отданных и полученных электронов должно быть одинаковым. Вот тут я запутался.
НАСТЯ.
Ты в темном лесу, из которого я тебе подскажу выход: умножь все на два, чтобы убрать дробь.
Витя.
Посмотрим.
4AL(NO3)3 = 2AL2O3 + 12NO2 + 3O2
Все уравнялось, но Кислородов больше чем надо…
НАСТЯ.
А ты посчитай только окисленные.
ВИТЯ.
Их шесть, а Азотов двенадцать — все четко Настюха.
НАСТЯ.
Я же дурочка.
ВИТЯ.
Я такого никогда не говорил.
НАСТЯ.
Но думал, я видела.
СЕРЕЖА.
Да хватит вам, дело к вечеру. Пошли дальше. Надо записать молярные массы участвующих веществ, умножив их на коэффициенты. Это может пригодиться, а может, нет; но лень нам точно не поможет. Четыре моля Нитрата Алюминия весят 852 грамма. И так дальше. Масса исходных веществ должна равняться массе продуктов — знаменитый закон сохранения массы. Подсчитаем для проверки: это будет лучше, чем, ошибившись на единицу, погубить весь труд.
Продолжим рассмотрение условия. «При частичном разложении выделилось 13,44 л. смеси газов». Этот факт может оказаться лишним: ведь газы все равно улетели в вытяжку. Посмотрим дальше. «Масса твердого остатка составила 29,46 г.» Если бы этот остаток являлся Нитратом Алюминия, наши страдания кончились через 5 минут; но, к сожалению — это нерастворимый, амфотерный оксид Алюминия. Он реагирует с кислотами и щелочами. «Остаток полностью растворили в минимальном объеме 15% - ного раствора соляной кислоты». Вообще-то — это Хлороводородная кислота HCL, но они наводят тумана. При минимальном объеме, из раствора уходит вся кислота.
29,64 г. — реальная масса остатка.
4AL(NO3)3 = 2AL2O3 + 12NO2 + 3O2
852 г. 204 г. 552 г. 96 г. 96 + 552 + 204 = 852
НАТАША.
Значит, кислота реагирует с обоими веществами (Нитрат Алюминия и Оксид Алюминия); иначе задачу не решить. Первая реакция:
AL(NO3)3 + HCL = ALCL3 + HNO3
CЕРЕЖА.
Хлорид Алюминия… Так, так… Посмотрим таблицу. Так он растворим. Это что же, обменная реакция идет без образования осадка, газа и даже воды?
НАТАША.
Более сильная кислота вытесняет более слабую из ее соли; ты забыл про это направление Сереженька. А коэффициенты поставить здесь проще простого. Напомню вам господа и дамы, что Хлор — единственный элемент периодической системы у которого атомная масса имеет дробное значение.
AL(NO3)3 + 3HCL = ALCL3 + 3HNO3
213 106,5 133,5 189 189 + 133,5 = 322,5 213 + 106,5 = 319,5 Ошибка!
109,5 213 + 109,5 = 322,5
Не добавила к массе Хлора Водородной единицы.
СЕРЕЖА.
Бывает. Не ошибается тот, кто ничего не делает. Этот пример ярко доказывает необходимость периодических проверок. Значит, в растворе останется Хлорид Алюминия. Давай теперь вторую реакцию.
НАТАША.
AL2O3 + 6 HCL = 2 ALCL3 + 3 H2O
Все хорошо — реакция амфотерного оксида с сильной кислотой.
СЕРЕЖА,
Хорошо, да ничего хорошего. Азотная кислота будет реагировать с Хлоридом Алюминия.
НАТАША.
Только концентрированная и подогретая.
СЕРЕЖА.
Да это не суть. Меня смущает, что мы не все данные использовали, тем более, такие важные, как количество молей газов. Надо еще раз условие посмотреть. А кто сказал, что образуется 29,46 осадка? Здесь написано остатка.
НАСТЯ.
Ты. А потом про Канта стал рассуждать.
СЕРЕЖА.
Это меняет все дело: остаток после первой реакции состоит из Оксида Алюминия и Нитрата Алюминия.
ВИКТОР.
Но там написано — твердый.
СЕРЕЖА.
Это меня и ввело в заблуждение. Осадок — твердый, но плавающая в растворе соль — тоже твердая, только распавшиеся на частицы. Оттого, что мы их не видим, суть не меняется. Я вспомнил, после выпаривания Нитрат Алюминия представляет из себя кристаллический порошок.
Значит запишем: Остаток = M AL(NO3)3 + M AL2O3
Нитрат Алюминия растворять не нужно: он и так растворен. Первое уравнение мы записали правильно, ошибка вкралась после того, как массу Оксида Алюминия мы посчитали известной. Уравнение реакции между Оксидом Алюминия и Хлороводородом тоже правильное; так что не все так плохо. Значит первый продукт, который мы точно имеем в растворе после второй реакции — ALCL3. Но для того, чтобы узнать массу Хлорида Алюминия, надо вначале узнать массу Оксида.
НАСТЯ (шепотом Наташе)
Иж как разошелся, стыдно стало.
НАТАША.
Процесс познания подобен хождению по скользкой дороге. Мы узнаем количество молей Оксида, а потом, соответственно, массу. А количество молей AL2O3 мы будем определять через количество молей газов. Вот зачем нужны они. Можно я еще раз реакцию напишу?
4AL(NO3)3 = 2AL2O3 + 12NO2 + 3O2
Для начала узнаем количество молей выделившихся газов. Для этого, 13,44 л. делим на 22,4 литра (объем одного моля). Получаем 0,6 молей. Теперь можно составить пропорцию.
2 моля Оксида Алюминия соответствуют 15 молям газов 2 ———— 15
Х молей (неизвестное) соответствует 0,6 молям. Х ————-— 0,6
Х = 0,6 × 2̸ 15 = 0,08 молей — количество вещества Оксида Алюминия. Теперь узнаем его массу. Для этого массу одного моля умножаем на количество молей.
0,08 × 102 = 8,16 граммов Оксида вступило в реакцию с Соляной Кислотой.
8,16 г. У Х г. Получили пропорцию. Х = 21,36 г. Это вес Хлорида, растворе после р.
AL2O3 + 6 HCL = 2 ALCL3 + 3H2O
102 г. 219 267 г.
С нитратом Соляная кислота вступать в реакцию не будет. Значит, масса всего остатка 29,46, то масса Нитрата Алюминия: 29, 46 — 8,16 = 21,3 г. Масса второго вещества в растворе. Для правильности расчетов, важно, что масса оксида меньше чем масса Хлорида, а масса Нитрата не меняется.
Теперь узнаем массу воды, но для этого надо вначале выяснить массу Хлороводорода, принимавшего участие в реакции. Составляем пропорцию: У = 17,52 г. Масса Соляной кислоты, истраченной на растворение осадка. Кислота 15%, составляем третью пропорцию.
В 100 г. Кислоты —————15г. Вещества
В Z граммах ———————-17,52 Z = 116,8 Масса воды, в которой была растворена кислота в концентрации — 15%.
Общая масса раствора: 116,8 + 29,46 = 146,26 Определяем массовую долю: масса вещества, деленная на общую массу и, затем, умноженная на сто для определения доли в процентах.
1) Хлорид — 21,36 ̸146,26 х 100 = 14,60%
2) Нитрат — 21,3 ̸146,26 х 100 = 14,56%
Глянь Вить, точно?
ВИКТОР.
Как в аптеке.
СЕРЕЖА.
Ну, ты даешь Наташка. Я всегда говорил, что ты создана для естественных наук, а я — гуманитарий.
НАСТЯ.
Так что ты с нами в медицинский идешь?
СЕРЕЖА.
А чтоб увидеть жизнь изнутри, в ее истинном виде, а не таком как всякие вруны описывают.
НАСТЯ.
Это правильно. У меня от этой науки как будто раскаленный обруч на голове. Пойдем в консерваторию, там сегодня на пропуске тетка моя.
СЕРГЕЙ.
Незаконное проникновение в государственное учереждение… Что ж, годится.
НАСТЯ.
Побежали быстрей, а то некоторым титанам науки, надо еще по пончикам пройтись.
И они побежали. Как бы дорого я дал, чтобы побежать вместе с ними.
