Задание 34 ЕГЭ по химии

Записаны уравнения реакций:

[1] Al + 3HCl = AlCl3 + 3/2 H2

[2] AlCl3 + 3NaOH = Al(OH)3 + 3NaCl

[3] HCl + NaOH = NaCl + H2O

[4] Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4]

n(NaOH) = 0,25 * 2 = 0,5 моль, поскольку c(Cl-) = c(Na+), то в 75 г соляной кислоты n(HCl) = n(NaOH) = 0,5 моль

n(Al) = 2,7/27 = 0,1 моль

n(H2) = 0,15 моль; m(H2) = 0,3 г

После завершения реакций [2] и [3] образовался Al(OH)3 в количестве 0,1 моль.

В конечном растворе c(Na+) = 2,5 c(Cl-)

n(Na+) = 2,5 n(Cl-) = 1,25 моль

Следовательно, вторая порция раствора NaOH содержала 1,25 - 0,5 = 0,75 моль NaOH, а её объём составил 375 мл.

В реакции [4] израсходовано 0,1 моль NaOH, конечный раствор содержит 0,65 моль NaOH.

m(NaOH в конечн. р-ре) = 0,65 * 40 = 26 г

m(р-ра) = 2,7 + 75 - 0,3 + 1,1*(250 + 375) = 764,9 г

ω(NaOH) = 26 / 765,9 = 0,034, или 3,4 %

Подробный разбор

1. Алюминий растворяется в кислоте, образующийся $AlCl_{3}$ и остаток кислоты реагируют со щёлочью, а избыток щёлочи растворяет осадок гидроксида алюминия:

1. $Al + 3HCl = AlCl_{3} + \frac{3}{2}H_{2}\uparrow$

2. $AlCl_{3} + 3NaOH = Al(OH)_{3}\downarrow + 3NaCl$

3. $HCl + NaOH = NaCl + H_{2}O$

4. $Al(OH)_{3} + NaOH = Na[Al(OH)_{4}]$

2. В первой порции щёлочи $n(NaOH) = 0{,}25\ л \cdot 2\ моль/л = 0{,}5\ моль$. Ионы $Na^{+}$ и $Cl^{-}$ находятся в одном и том же растворе, поэтому равенство их концентраций означает равенство количеств: $n(Cl^{-}) = n(Na^{+}) = 0{,}5\ моль$. Весь хлор пришёл с кислотой, значит в 75 г раствора было $n(HCl) = 0{,}5\ моль$.

3. $n(Al) = \dfrac{2{,}7\ г}{27\ г/моль} = 0{,}1\ моль$; по уравнению [1] $n(H_{2}) = 1{,}5 \cdot 0{,}1 = 0{,}15\ моль$, $m(H_{2}) = 0{,}15\ моль \cdot 2\ г/моль = 0{,}3\ г$ — эта масса уходит из раствора.

4. По уравнению [1] на алюминий израсходовано $0{,}3\ моль\ HCl$, в избытке осталось $0{,}2\ моль$, на его нейтрализацию по [3] уходит $0{,}2\ моль\ NaOH$. Оставшиеся $0{,}5 - 0{,}2 = 0{,}3\ моль\ NaOH$ по уравнению [2] полностью осаждают алюминий: $n(Al(OH)_{3}) = \dfrac{0{,}3}{3} = 0{,}1\ моль$.

5. Хлор в растворе больше не появляется, поэтому в конечном растворе $n(Cl^{-}) = 0{,}5\ моль$, а $n(Na^{+}) = 2{,}5 \cdot 0{,}5 = 1{,}25\ моль$. Вторая порция содержала $1{,}25 - 0{,}5 = 0{,}75\ моль\ NaOH$, её объём $V = \dfrac{0{,}75\ моль}{2\ моль/л} = 0{,}375\ л = 375\ мл$.

6. По уравнению [4] на растворение осадка израсходовано $0{,}1\ моль\ NaOH$, так что в свободном виде остаётся $0{,}75 - 0{,}1 = 0{,}65\ моль$: $m(NaOH) = 0{,}65\ моль \cdot 40\ г/моль = 26\ г$.

7. Масса раствора складывается из образца, кислоты и обеих порций щёлочи минус улетевший водород: $m(р\text{-}ра) = 2{,}7\ г + 75\ г + 1{,}1\ г/мл \cdot (250 + 375)\ мл - 0{,}3\ г = 764{,}9\ г$.

8. $\omega(NaOH) = \dfrac{26\ г}{764{,}9\ г} \cdot 100\% \approx 3{,}4\%$.

Ответ: 3,4 %.