Навеску точно измельченных алюминия, цинка и серы нагрели до окончания реакции. Полученный твердый продукт полностью растворился в соляной кислоте с выделением 784 мл (н.у) газа, пропускание которого через избыток раствора нитрата меди дало 1,92 г осадка. Напишите уравнение и вычислите максимально возможное содержание каждого из компонентов смеси в процентах по массе.
1. Оба металлических компонента цинк и алюминий реагируют как с серой, так и с соляной кислотой.
Запишем уравнения реакций:
Zn + S = ZnS (1)
2Al + 3S = Al2S3 (2)
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 (3)
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2 (4)
Сульфиды также растворимы в соляной кислоте
ZnS + 2HCl = ZnCl2 + H2S (5)
Al2S3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2S (6)
С раствором нитрата меди реагирует сероуглерод:
H2S + Сu(NO3)2 = CuS + 2HNO3 (7)
2. найдем кол-во выделившегося сероуглерода
По условию задачи при пропускании выделившегося газа, через избыток раствора нитрата меди дало 1.92г осадка. n(CuS) = 1,92\96 = 0,02моль, согласно, уравнению реакции (7) n(CuS) =n(H2S) = 0,02моль
3. найдем кол-во выделившегося водорода
общее кол-во выделившегося газа n(газа) = 0,784\22,4 = 0,035 моль
n(Н2) = 0,035 – 0,02 = 0,015 моль
4. Представим себе, что в смеси почти не было алюминия, а были только цинк и сера.
Тогда в реакцию (3) вступило 0,015 моль цинка. В реакцию (5) вступило 0,2 моль сульфида цинка, который образовался в реакции (1) из 0,02 моль цинка и 0,02 моль серы. В этом случаи:
m(Zn) = (0,015 +0,02) 65 = 2,28г
m(S) = 0,02 64 = 1,28г
ω(Zn) = 2,28\(2,28 + 1,28) = 0,64 или 64,0 % ω(S) = 36%
5. Аналогичный расчет можно провести в случае, когда в смеси почти не было цинка.
В реакцию (4) вступило 0,01 моль алюминия, в реакцию (6) – 0,02\3 моль сульфида алюминия, в реакцию (2) 0,04\3 моль алюминия и 0,02 моль серы.
m(Al) = (0,01 + 0,04\3) 27 = 0,63г
m(S) = 0,02 64 = 1,28г
ω(Al) = 0,63\(0,63+1,28) = 0,33 или 33%, ω(S) = 67%
таким образом, максимальное содержание серы в массовых процентах соответствует смеси с алюминием и приблизительно малым кол-вом цинка
Ответ: 64% цинка, 33% — алюминия и 67% серы