Задание №21514 ЕГЭ по Химии

1. Запишем реакции растворения твердой смеси в растворе соляной кислоты:
[1] Al₂O₃ + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂O
[2] FeO + 2HCl → FeCl₂ + H₂O

2. Найдем массу и число моль соляной кислоты в растворе:
m HCl = m_р-ра HCl · ⍵ HCl = 200 · 0,365 = 73 г
n HCl = m HCl / M HCl = 73 / 36,5 = 2 моль

3. Найдем число моль оксида алюминия и оксида железа(II) в растворе:
Пусть n Al₂O₃ = x моль, тогда n AlCl₃ = 2x моль
Пусть n FeO = y моль, тогда n FeCl₂ = y моль

Запишем реакции диссоциации хлорида алюминия и хлорида железа(II):
AlCl₃ → Al³⁺ + 3Cl^–
FeCl₂ → Fe²⁺ + 2Cl^–

n Al³⁺ = n AlCl₃ = 2x моль
n Fe²⁺ = n FeCl₂ = y моль

По условию суммарный заряд катионов Al³⁺ в 3 раза больше суммарного заряда катионов Fe²⁺
у 1 иона Al³⁺ заряд +3, у 1 иона Fe²⁺ заряд +2
у 2 ионов Al³⁺ заряд +6, то есть в 3 раз больше, чем у 1 иона Fe²⁺
Следовательно, число моль Al³⁺ в 2 раза больше числа моль Fe²⁺

n Al³⁺ / n Fe²⁺ = 2 / 1
2x / y = 2 / 1
x = y

Тогда n AlCl₃ = 2x моль, а n FeCl₂ = x моль.

n_{1прореаг.} HCl = 6x моль, а n_{2прореаг.} HCl = 2x моль, тогда
n_ост. HCl = n HCl – n_{1прореаг.} HCl – n_{2прореаг.} HCl = 2 – 6x – 2x = (2 – 8x) моль

n₁ H₂O = 3x моль, а n₂ H₂O = x моль, тогда
m_обр. H₂O = (n₁ H₂O + n₂ H₂O) · M H₂O = 4x · 18 = 72x г

m H₂O = m_р-ра HCl – m HCl + m_обр. H₂O = 200 – 73 + 72x = (127 + 72x) г

4. Найдем число моль аммиака в растворе:
n NH₃ = V NH₃ / V_m = 98 / 22,4 = 4,375 моль

5. Запишем реакции, происходящие после пропускания аммиака:
[3] NH₃ + HCl → NH₄Cl
[4] AlCl₃ + 3NH₃ + 3H₂O → Al(OH)₃ + 3NH₄Cl
[5] FeCl₂ + 2NH₃ + 2H₂O → Fe(OH)₂ + 2NH₄Cl

n_{3прореаг.} NH₃ = n_ост. HCl = (2 – 8x) моль
n_{4прореаг.} NH₃ = 3n AlCl₃ = 3 · 2x = 6x моль
n_{5прореаг.} NH₃ = 2n FeCl₂ = 2x моль

n_{прореаг.} NH₃ = n_{3прореаг.} NH₃ + n_{4прореаг.} NH₃ + n_{5прореаг.} NH₃ = 2 – 8x + 6x + 2x = 2 моль
n_ост. NH₃ = n NH₃ – n_{прореаг.} NH₃ = 4,375 – 2 = 2,375 моль
V_ост. NH₃ = n_ост. NH₃ · V_m = 2,375 · 22,4 = 53,2 л

6. Найдем массу воды в конечном растворе:
n_{4прореаг.} H₂O = n_{4прореаг.} NH₃ = 6x моль
n_{5прореаг.} H₂O = n_{5прореаг.} NH₃ = 2x моль
m_{прореаг.} H₂O = (n_{4прореаг.} H₂O + n_{5прореаг.} H₂O) · M H₂O = 8x · 18 = 144x г 
m_кон. H₂O = m H₂O – m_{прореаг.} H₂O = 127 + 72x – 144x = (127 – 72x) г

7. По условию в 500 г воды (m H₂O = V H₂O · ρ H₂O = 500 мл · 1 г/мл = 500 г) растворяется 226 л аммиака, тогда в (127 – 72x) г воды растворяется 53,2 л аммиака. Составим пропорцию:
53,2 / 226 = (127 – 72x) / 500
x = 0,13; n Al₂O₃ = n FeO = 0,13 моль

8. Найдем массу смеси оксида алюминия и оксида железа(II):
m Al₂O₃ = n Al₂O₃ · M Al₂O₃ = 0,13 · 102 = 13,26 г
m FeO = n FeO · M FeO = 0,13 · 72 = 9,36 г
m_смеси = m Al₂O₃ + m FeO = 13,26 + 9,36 = 22,62 г

9. Найдем массовые доли оксида алюминия и оксида железа(II) в смеси:
⍵ Al₂O₃ = m Al₂O₃ / m_смеси = 13,26 / 22,62 = 0,5862 → 58,62%
⍵ FeO = m FeO / m_смеси = 9,36 / 22,62 = 0,4138 → 41,38%

Ответ: ⍵ Al₂O₃ = 58,62%; ⍵ FeO = 41,38%

Источник: NeoFamily