21. Сколько граммов карбида алюминия надо добавить к 200 мл 20%-ного раствора азотной кислоты (плотность 1,1 г/мл), чтобы массовая доля кислоты в полученном растворе стала равна…

Чтобы решить задачу, начнем с определения необходимой информации и расчета, чтобы найти массу карбида алюминия, которую нужно добавить, и объем газа, который выделится в реакции.

Дано:

• Концентрация раствора азотной кислоты (HNO₃): 20%
• Объем раствора: 200 мл
• Плотность раствора: 1,1 г/мл
• Конечная массовая доля кислоты: 5%

Шаг 1: Найдем массу раствора 20%-ной азотной кислоты

Для этого сначала рассчитаем массу раствора:

\[ \text{Масса раствора} = \text{Объем} \times \text{Плотность} = 200 \, \text{мл} \times 1,1 \, \text{г/мл} = 220 \, \text{г} \]

Шаг 2: Найдем массу азотной кислоты в растворе

Чтобы найти массу самой кислоты в 20%-ном растворе, используем формулу для массовой доли:

\[ \text{Масса HNO}_3 = 0,20 \times 220 \, \text{г} = 44 \, \text{г} \]

Шаг 3: Найдем массу кислоты в конечном растворе

Пусть х — масса карбида алюминия (Al₄C₃), который мы добавим. В процессе реакции с водой карбид алюминия реагирует с водой, выделяя водород и образуя гидроксид алюминия. Уравнение реакции выглядит следующим образом:

\[ \text{Al}_4C_3 + 12 \text{H}_2O \rightarrow 4 \text{Al(OH)}_3 + 3 \text{H}_2 \]

В этой реакции на 1 моль карбида алюминия выделяется 3 моль водорода.

Шаг 4: Найдем новую массу кислоты в растворе

Конечная массовая доля кислоты 5%, тогда:

\[ \text{Масса кислоты} = 0,05 \times (\text{Масса раствора} + х) = 0,05 \times (220 + х) \]

Шаг 5: Установим уравнение

Система уравнений:

\[ 44 = 0,05 \times (220 + x) \]

Решаем уравнение на х:

\[ 44 = 11 + 0,05x \] \[ 44 - 11 = 0,05x \] \[ 33 = 0,05x \] \[ x = \frac{33}{0,05} = 660 \, \text{г} \]

Шаг 6: Рассчитываем объем газа

Теперь, чтобы найти объем выделившегося газа, используем малярный объем газа (примерно 22,4 л/моль при н.у.).

Для карбида алюминия, 1 моль (необходимое количество):

\[ \text{Молодец при 660 г:} = \frac{660 \, \text{г}}{144 \, \text{г/моль}} = 4,58 \, \text{моль} \]

Объем выделившегося водорода:

\[ \text{Объем H}_2 = 3x \times 22,4 = 3 \times 4,58 \times 22.4 \approx 307.2 \, \text{л} \text{ (н.у.)} \]

Ответы:

• Масса карбида алюминия для добавления: 660 г
• Объем выделившегося газа (водорода): 307.2 л (н.у.)