34.07 Растворимость и кристаллогидраты

Уравнения реакций:

1) NH₃ + HCl → NH₄Cl

2) AlCl₃ + 3NH₃ + 3H₂O → Al(OH)₃ + 3NH₄Cl

В 1 литре воды может растворится 672 л аммиака, определим массы этих веществ при заданных объемах:

n NH₃ = V NH₃ / V_m = 672 / 22,4 = 30 моль

m NH₃ = n NH₃ * M NH₃ = 30 * 17 = 510 г

m H₂O = V H₂O * q H₂O = 1 л * 1 кг/л = 1 кг = 1000 г

Следовательно, в 1000 г воды может растворится 510 г аммиака. Используя эти данные, мы сможем найти массу насыщенного раствора и массу и количество аммиака в нем.

m _{в насыщ р-ре} H₂O = V _{в насыщ. р-ре} H₂O * q H₂O = 20 мл * 1 г/мл = 20 г

Пусть х г - масса аммиака в насыщ. р-ре. Составим пропорцию:

х = (510 * 20) / 1000 = 10,2 г = m _{в насыщ. р-ре} NH₃

n _общ. NH₃ = m _{в насыщ. р-ре} NH₃ / M NH₃ = 10,2 / 17 = 0,6 моль

m _{насыщ. р-ра} = m _{в насыщ. р-ре} NH₃ + m _{в насыщ р-ре} H₂O = 10,2 + 20 = 30,2 г

m₁ NH₄Cl = m _{1 кон. р-ра} NH₄Cl * w NH₄Cl = 107 * 0,1 = 10,7 г

n₁ NH₄Cl = m₁ NH₄Cl / M NH₄Cl = 10,7 / 53,5 = 0,2 моль

По 1 уравнению: n₁ NH₄Cl = n₁ NH₃ = 0,2 моль

n _{во 2 колбе изнач.} NH₃ = n _общ. NH₃ - n₁ NH₃ = 0,6 - 0,2 = 0,4 моль

m _изнач. AlCl₃ = m _р-ра AlCl₃ * w AlCl₃ = 133,5 * 0,1 = 13,35 г

n _изнач. AlCl₃ = m _изнач. AlCl₃ / M AlCl₃ = 13,35 / 133,5 = 0,1 моль

Нужно определить какое вещество во 2 реакции находится в недостатке, а какое - в избытке. Для этого поделим количества аммиака и хлорида алюминия на коэффициенты и установим соотношение:

n _{на единицу коэф.} NH₃ / n _{на единицу коэф.} AlCl₃ = (0,4 / 3) / (0,1 / 1) = 0,133 / 0,1. Делаем вывод, что аммиак находится в избытке. Проводим реакцию по недостатку (по хлориду алюминия).

Следовательно, n₂ AlCl₃ = n _изнач. AlCl₃ = 0,1 моль

По 2 уравнению: n₂ NH₄Cl = 3 *  n₂ AlCl₃ = 0,1 * 3 = 0,3 моль; n Al(OH)₃ = n₂ AlCl₃ = 0,1 моль

m₂ NH₄Cl = n₂ NH₄Cl * M NH₄Cl = 0,3 * 53,5 = 16,05 г

m Al(OH)₃ = n Al(OH)₃ * M Al(OH)₃ = 0,1 * 78 = 7,8 г

Найдем массу изначального раствора аммиака во 2 колбе: Составим пропорцию:

n _{во 2 колбе изнач.} NH₃ / n _общ. NH₃ = m _{изн. р-ра 2} / m _{насыщ. р-ра}; Пусть у г - масса изначального насыщенного раствора во 2 колбе, тогда:

у = (n _{во 2 колбе изнач.} NH₃ * m _{насыщ. р-ра}) / n _общ. NH₃ = (0,4 * 30,2) / 0,6 = 20,13 г = m _{изн. р-ра 2}

m _{кон. р-ра во 2 колбе} = m _{изн. р-ра 2} + m _р-ра AlCl₃ - m Al(OH)₃ = 20,13 + 133,5 - 7,8 = 145,83 г

w₂ NH₄Cl = m₂ NH₄Cl / m _{кон. р-ра во 2 колбе} = 16,05 / 145,83 = 0,11 или 11%

Ответ: w NH₄Cl = 11%