Кремний

Задача 7 Условие К $35{,}5$ г смеси кремния, алюминия и кристаллогидрата карбоната натрия добавили $300$ г $10%$-ного раствора соляной кислоты. Выделилось $6{,}11$ л газовой смеси, имеющей плотность $0{,}769$ г/л (при $25$°С и нормальном давлении), а масса осадка оказалась равна $4{,}2$ г. Определите формулу кристаллогидрата и массовые доли веществ в конечном растворе. Решение $$ Si + HCl не идет, $$ $$ Al + 3HCl = AlCl_3 + 1{,}5H_2, $$ $$ Na_2CO_3 \cdot xH_2O + 2HCl = 2NaCl + CO_2 + xH_2O. $$ Осадок — кремний, т.е. масса алюминия и карбоната натрия (кристаллогидрата) $= 35{,}5-4{,}2=31{,}3$ г. Масса газовой смеси $= V \cdot \rho = 6{,}11 \cdot 0{,}769 = 4{,}7$ г. Количество газовой смеси $= pV/RT = 101{,}3 \cdot 6{,}11/(8{,}314 \cdot 298) = 0{,}25$ моль. $M$ газ.смеси $= 4{,}7/0{,}25 = 18{,}8$ г/моль. $$ x(H_2) \cdot 2 + x(CO_2) \cdot 44 = 18{,}8, $$ $$ x(H_2) + x(CO_2) = 1, $$ $$ x(H_2) = 0{,}6,\ x(CO_2) = 0{,}4. $$ $$ n(H_2) = 0{,}25 \cdot 0{,}6 = 0{,}15 моль, $$ $$ n(CO_2) = 0{,}25 \cdot 0{,}4 = 0{,}1 моль, $$ $$ n(Al) = 0{,}15/1{,}5 = 0{,}1 моль, $$ $$ n(Na_2CO_3 \cdot xH_2O) = 0{,}1 моль. $$ $$ 0{,}1 \cdot 27 + 0{,}1 \cdot M(Na_2CO_3 \cdot xH_2O) = 31{,}3, $$ $$ M(Na_2CO_3 \cdot xH_2O) = 286 г/моль, $$ $$ M(Na_2CO_3) = 23 \cdot 2 + 12 + 48 = 106 г/моль, $$ $$ x \cdot M(H_2O) = 286 - 106 = 180 г/моль, $$ $$ x = 180/18 = 10. $$ $$ Na_2CO_3 \cdot 10H_2O. $$ Масса конечного раствора = масса алюминия + масса кристаллогидрата карбоната натрия + масса соляной кислоты — масса водорода — масса углекислого газа $= 31{,}3+300+0{,}6 \cdot 0{,}25 \cdot 2-0{,}4 \cdot 0{,}25 \cdot 44 = 326{,}6$ г. Масса хлорида алюминия $= 0{,}1 \cdot 133{,}5 = 13{,}35$ г. Массовая доля хлорида алюминия $13{,}35/326{,}6 = 0{,}041$ или $4{,}1%$. Ответ $Na_2CO_3 \cdot 10H_2O$; массовая доля $AlCl_3$ — $4{,}1%$. Задача 8 Условие Эквимолярная смесь двух твердых простых веществ реагирует с концентрированной азотной кислотой при нагревании. Масса нерастворившегося остатка в этой реакции составляет $8{,}4$ г, а суммарный объем (н.у.) выделившихся двух газов равен $33{,}6$ л. Если такую же порцию исходных твердых простых веществ поместить в раствор горячей концентрированной щелочи, то выделяется газ объемом (н.у.) $13{,}44$ л, а масса нерастворившегося остатка составляет $3{,}6$ г. Определите состав исходной смеси, если известно, что высшие хлориды соответствующих простым веществам элементов, имеют тетраэдрическое строение. Решение Исходя из того, что высшие хлориды имеют тетраэдрическое строение, мы делаем вывод, что высшая степень окисления составляет $+4$. Это элементы IVA или IVB групп. Напишем в общем виде реакцию с азотной кислотой. $$ X + HNO_3(конц) \overset{x}{=} $$ $$ Y + HNO_3(конц) = Y^{+4} + 4NO_2 + ... $$ Исходя из соотношения по числу отданных и принятых электронов, соотношение газов $1{:}4$. Тогда количество газа с Y: $$ n(газов) = 33{,}6/22{,}4 = 1{,}5 моль, $$ $$ n(газа с элементом Y) = 1{,}5/5 = 0{,}3 моль. $$ Предполагая, что в щелочи это не растворяется, то $$ M(Y) = m(остатка2)/n(газа Y) = 3{,}6/0{,}3 = 12 г/моль, это углерод. $$ $$ C + 4HNO_3(конц) = CO_2 + 4NO_2 + 2H_2O. $$ Исходная смесь — эквимолярная, т.е. $n(X) = 0{,}3$ моль. $$ M(X) = m(остатка 1)/n = 8{,}4/0{,}3 = 28 г/моль, это кремний. $$ $$ Si + 2NaOH + H_2O = Na_2SiO_3 + 2H_2. $$ Подтвердим это количеством выделившегося водорода. Из $0{,}3$ моль кремния будет получено $$ n(H_2) = 2 \cdot 0{,}3 = 0{,}6 моль, $$ $$ V(H_2 н.у.) = 0{,}6 \cdot 22{,}4 = 13{,}44 л, $$ что совпадает с условием. $CCl_4$ и $SiCl_4$ — тетраэдрические молекулы, при обычных условиях это жидкости. Ответ исходная смесь состоит из кремния ($Si$) и углерода (C).