Задание 34 ЕГЭ по химии

Уравнения реакций:

3NH3 + 3H2O + AlCl3 = 3NH4Cl + Al(OH)3

NH3 + H2O + SO2 = NH4HSO3

1 моль NH3 содержит 10 моль протонов.

1 моль H2O содержит 10 моль протонов.

m(протонов) = 161·0,559 = 90 г

n(протонов) = 90 моль

Пусть в смеси было x моль NH3 и y моль H2O, тогда

17x + 18y = 161

10x + 10y = 90

x = n(NH3) = 1 моль

n(AlCl3) = 40,05/133,5 = 0,3 моль

n(NH3 прореаг.) = 3·n(AlCl3) = 0,9 моль

n(NH3 осталось) = 1 − 0,9 = 0,1 моль

n(SO2) = 2,24/22,4 = 0,1 моль

n(NH4Cl) = n(NH3 прореаг.) = 0,9 моль

n(NH4HSO3) = n(SO2) = 0,1 моль

n(Al(OH)3) = n(AlCl3) = 0,3 моль

m(SO2) = 0,1·64 = 6,4 г

m(NH4Cl) = 0,9·53,5 = 48,15 г

m(NH4HSO3) = 99·0,1 = 9,9 г

m(Al(OH)3) = 0,3·78 = 23,4 г

m(р-ра) = 161 + 40,05 + 6,4 − 23,4 = 184,05 г

ω(NH4Cl) = (48,15/184,05)·100 = 26 %

ω(NH4HSO3) = (9,9/184,05)·100 = 5,4 %

Подробный разбор

Массу протонов считаем через число протонов в молекулах: в $NH_{3}$ их $7 + 3\cdot1 = 10$, в $H_{2}O$ — $8 + 2\cdot1 = 10$, то есть 1 моль любого из этих веществ даёт 10 моль протонов.

1. $m(\text{протонов}) = 161\ \text{г} \cdot 0{,}559 = 90\ \text{г}$, а так как $M(\text{протона}) \approx 1\ \text{г/моль}$, то $n(\text{протонов}) = 90\ \text{моль}$.

2. Пусть в растворе $x$ моль $NH_{3}$ и $y$ моль $H_{2}O$. По массе раствора и по протонам: $17x + 18y = 161$ и $10x + 10y = 90$. Отсюда $x + y = 9$, $17x + 18(9-x) = 161$, $x = n(NH_{3}) = 1\ \text{моль}$.

3. Аммиак — слабое основание, поэтому с солью алюминия он даёт не гидроксокомплекс, а осадок гидроксида:
   $3NH_{3} + 3H_{2}O + AlCl_{3} = 3NH_{4}Cl + Al(OH)_{3}\downarrow$

4. $n(AlCl_{3}) = \dfrac{40{,}05\ \text{г}}{133{,}5\ \text{г/моль}} = 0{,}3\ \text{моль}$. По уравнению из п. 3: $n(NH_{3}\ \text{прореаг.}) = 3 \cdot 0{,}3 = 0{,}9\ \text{моль}$, $n(NH_{4}Cl) = 0{,}9\ \text{моль}$, $n(Al(OH)_{3}) = 0{,}3\ \text{моль}$.

5. Значит, аммиак взят в избытке: $n(NH_{3}\ \text{ост.}) = 1 - 0{,}9 = 0{,}1\ \text{моль}$. Именно он и связывает сернистый газ; $n(SO_{2}) = \dfrac{2{,}24\ \text{л}}{22{,}4\ \text{л/моль}} = 0{,}1\ \text{моль}$, то есть на 1 моль $NH_{3}$ приходится 1 моль $SO_{2}$ — образуется кислая соль:
   $NH_{3} + H_{2}O + SO_{2} = NH_{4}HSO_{3}$

6. По уравнению из п. 5: $n(NH_{4}HSO_{3}) = n(SO_{2}) = 0{,}1\ \text{моль}$.

7. Массы: $m(NH_{4}Cl) = 0{,}9\ \text{моль} \cdot 53{,}5\ \text{г/моль} = 48{,}15\ \text{г}$; $m(NH_{4}HSO_{3}) = 0{,}1\ \text{моль} \cdot 99\ \text{г/моль} = 9{,}9\ \text{г}$; $m(Al(OH)_{3}) = 0{,}3\ \text{моль} \cdot 78\ \text{г/моль} = 23{,}4\ \text{г}$; $m(SO_{2}) = 0{,}1\ \text{моль} \cdot 64\ \text{г/моль} = 6{,}4\ \text{г}$.

8. Масса раствора: прибавляем всё внесённое и вычитаем ушедший в осадок гидроксид:
   $m(\text{р-ра}) = 161 + 40{,}05 + 6{,}4 - 23{,}4 = 184{,}05\ \text{г}$.

9. $\omega(NH_{4}Cl) = \dfrac{48{,}15}{184{,}05} \cdot 100\ \% \approx 26\ \%$; $\omega(NH_{4}HSO_{3}) = \dfrac{9{,}9}{184{,}05} \cdot 100\ \% \approx 5{,}4\ \%$.

Ответ: $\omega(NH_{4}Cl) \approx 26\ \%$, $\omega(NH_{4}HSO_{3}) \approx 5{,}4\ \%$.