34.4 Смесь сульфида алюминия и алюминия обработали водой, при этом выделилось 6,72 л (н. у.) газа. Если эту же смесь растворить в избытке раствора гидроксида натрия, то выделится

Краткий ответ: массовая доля алюминия в исходной смеси \(\approx 15{,}3\%\) (точнее \(15{,}25\%\); при округлении до целых — \(15\%\)).

1. Обработка водой.
С водой реагирует сульфид алюминия, а алюминий защищён оксидной плёнкой и в этих условиях практически не реагирует. После уравнивания:

\[ \mathrm{Al_2S_3 + 6H_2O \rightarrow 2Al(OH)_3\downarrow + 3H_2S\uparrow} \]

Выделившийся газ — сероводород:

\[ n(\mathrm{H_2S}) = \frac{6{,}72}{22{,}4} = 0{,}3\ \text{моль}. \]

По уравнению \(1\) моль \(\mathrm{Al_2S_3}\) даёт \(3\) моль \(\mathrm{H_2S}\), поэтому:

\[ n(\mathrm{Al_2S_3}) = \frac{0{,}3}{3} = 0{,}1\ \text{моль}. \]

2. Растворение в избытке NaOH.
Сульфид алюминия растворяется без выделения газа:

\[ \mathrm{Al_2S_3 + 8NaOH \rightarrow 2Na[Al(OH)_4] + 3Na_2S} \]

Алюминий реагирует со щёлочью с выделением водорода:

\[ \mathrm{2Al + 2NaOH + 6H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4] + 3H_2\uparrow} \]

Значит, \(3{,}36\) л — это \(\mathrm{H_2}\):

\[ n(\mathrm{H_2}) = \frac{3{,}36}{22{,}4} = 0{,}15\ \text{моль}. \]

Из уравнения \(2\) моль \(\mathrm{Al}\) дают \(3\) моль \(\mathrm{H_2}\), поэтому:

\[ n(\mathrm{Al}) = \frac{2}{3}\cdot 0{,}15 = 0{,}1\ \text{моль}. \]

3. Массы и массовая доля.

\[ m(\mathrm{Al_2S_3}) = 0{,}1\cdot 150 = 15\ \text{г}, \]

\[ m(\mathrm{Al}) = 0{,}1\cdot 27 = 2{,}7\ \text{г}. \]

Масса смеси: \(15 + 2{,}7 = 17{,}7\) г.

\[ w(\mathrm{Al}) = \frac{2{,}7}{17{,}7}\cdot 100\% \approx 15{,}25\%. \]

Проверка. \(0{,}1\) моль \(\mathrm{Al_2S_3}\) даёт \(0{,}3\) моль \(\mathrm{H_2S}\), то есть \(6{,}72\) л. \(0{,}1\) моль \(\mathrm{Al}\) даёт \(0{,}15\) моль \(\mathrm{H_2}\), то есть \(3{,}36\) л. Оба объёма совпадают с условием. Если в рукописной записи ответ округлён до \(15\%\), это допустимо, но точнее \(15{,}3\%\).

Что важно понять. В каждом опыте сначала определяем, какой газ и из какого компонента получается, затем по уравнению связываем количество газа с количеством компонента. В уравнении с алюминием коэффициент не \(1:1\): \(2\mathrm{Al} \rightarrow 3\mathrm{H_2}\), поэтому \(n(\mathrm{Al}) = \frac{2}{3}n(\mathrm{H_2})\).