ЕГЭ-2021 | Химия | Решение 5020 | Сульфид алюминия массой 30 г поместили в воду. Выделившийся газ полностью поглотили 7%-ным раствором гидроксида калия массой 640 г. Найдите массовые доли всех веществ (включая воду) в полученном ра...

Сульфид алюминия массой 30 г поместили в воду. Выделившийся газ полностью поглотили 7%-ным раствором гидроксида калия массой 640 г. Найдите массовые доли всех веществ (включая воду) в полученном растворе. в ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).

Данную задачу проверяют не автоматически, а вручную. Ознакомьтесь с критериями оценки, правильным решением и сами себе поставьте оценку от 0 до 4 баллов. Даже если вы ошиблись в цифровом ответе, можно получить несколько баллов за правильный ход решения. Форма для оценки находится внизу страницы.

Критерии оценки вопроса

Содержание верного ответа и указания по оцениванию	Баллы
Ответ правильный и полный, содержит следующие элементы: • правильно записаны уравнения реакций, соответствующих условию задания; • правильно произведены вычисления, в которых используются необходимые физические величины, заданные в условии задания; • продемонстрирована логически обоснованная взаимосвязь физических величин, на основании которых проводятся расчёты; • в соответствии с условием задания определена искомая физическая величина (концентрация раствора)	4
Правильно записаны три элемента ответа	3
Правильно записаны два элемента ответа	2
Правильно записан один элемент ответа	1
Все элементы ответа записаны неверно	0
Максимальный балл	4

Подробное решение

Запишем уравнения реакций:

1) Al₂S₃ + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂S

А вот дальше есть 2 подхода к решению. Судя по всему щелочи может и не хватать и будут образовываться как кислая соль так и средняя
Способ решения 1 (это способ чуть менее понятный, смотри ниже способ 2).

2) KOH + H₂S = KHS + H₂O

3) 2KOH + H₂S = K₂S + 2H₂O

Здесь мы запишем сразу 2 реакции, реакцию с образованием кислой соли и с образованием средней соли.

Рассчитаем количество исходных веществ:
M(Al₂S₃)=150 (г/моль)

n(Al₂S₃) = 30 / 150 = 0,2 (моль}

По уравнению (1) 1 моль Al₂S₃ дает 3 моль H₂S, значит 0,2 моль Al₂S₃ дадут 3*0,2=0,6 моль H₂S

m(KOH)= 640 * (7% / 100%) = 44,8 (г)

M(KOH)=56 (г/моль)

n(KOH) = 44,8 / 56 = 0,8 (моль}

Надо убедиться, что мы рассуждаем правильно, и щелочи нам не хватит для получения только средней соли. Может реакция (2) не нужна? Смотрим на реакцию (3). 1 моль H₂S требует 2 моль KOH, у нас 0,6 моль H₂S значит потребуется 0,6*2=1,2 моль KOH, а у нас нет такого количества щелочи.

Вычислим количество и массы получившихся солей.
В каких у нас прореагировал H₂S по реакции (2) и реакции (3)

пусть в реакции (2) прореагировало х моль H₂S тогда затрачено х моль KOH

пусть в реакции (3) прореагировало y моль H₂S тогда затрачено 2y моль KOH

x + y = 0,6 (общее количество H₂S)

х + 2y = 0,8 (общее количество KOH)

решаем систему уравнений,
вычтем из второго уравнения первое и получим y=0,2
тогда x = 0,4

Сколько в граммах образовалось K₂S
по реакции (3), у нас прореагировало y моль H₂S или 0,2 моль, и образовалось столько же моль K₂S

n(K₂S) =0,2 (моль)

M(K₂S) = 110 (г/моль)

m(K₂S) =0,2*110 = 22 (г)

Сколько в граммах образовалось KHS
по реакции (2), у нас прореагировало y моль H₂S или 0,4 моль, и образовалось столько же моль KHS

n(K₂S) =0,4 (моль)

M(K₂S) = 72 (г/моль)

m(K₂S) =0,4*72 = 28,8 (г)

Вычислим массу раствора

По закону сохранения вещества, масса начальная, плюс масса веществ поступивших в раствор, минус масса покинувших раствор. Раствор у нас ничего не покидало. То есть к массе начального раствора KOH с водой надо прибавить массу H₂S

m(р-ра) = m газа (H₂S) + m всего раствора (KOH)

m всего раствора (KOH) = 640 (г)

m(H₂S) = n(H₂S)*M(H₂S) = 0,6*34 = 20,4 (г)

m(р-ра) = 20,4 + 640 = 660,4 (г)

Вычислим массовые доли веществ:

w(K₂S) = 22 / 660,4 = 0,033 или 3,3%

w(KHS) = 28,8 / 660,4 = 0,044 или 4,4%

w(H₂O) = 100% - 3,3% - 4,4% = 92,3% (чего делать не следует так это пытаться вычислить сколько воды было, сколько образовалось в ходе реакций нейтрализации. Сделать это можно, и ответ выйдет правильным, но только на это уйдет много времени. Так как у нас и газ и щелочь прореагировали полностью в растворе нет ничего кроме воды и солей. Значит вода доля воды - вся оставшаяся после солей доля)

Способ 2 чуть более понятный.

1) Al₂S₃ + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂S

Не понятно а сколько у нас щелочи. Сказано, что H₂S поглотили полностью. Но если щелочи мало, то образовалась только кислая соль. Если щелочи больше образовались 2 соли кислая и средняя, ели щелочи совсем много, образовалась только средняя соль,. Запишем реакции последовательно. Сначала образуется только кислая соль (2), а потом кислая соль продолжает дальше нейтрализоваться (3) щелочью, если та ещё имеется.

2) KOH + H₂S = KHS + H₂O

3) KHS + KOH = K₂S + H₂O

Пойдет ли реакция номер 3 вообще покажут дальнейшие расчеты.

Рассчитаем количество исходных веществ:
M(Al₂S₃)=150 (г/моль)

n(Al₂S₃) = 30 / 150 = 0,2 (моль}

По уравнению (1) 1 моль Al₂S₃ дает 3 моль H₂S, значит 0,2 моль Al₂S₃ дадут 3*0,2=0,6 моль H₂S

m(KOH)= 640 * (7% / 100%) = 44,8 (г)

M(KOH)=56 (г/моль)

n(KOH) = 44,8 / 56 = 0,8 (моль}

Итак что мы имеет. У нас есть 0,6 моль H₂S по реакции 2 нам надо 0,6 моль KOH, а у нас есть 0,8 моль KOH.
Значит у нас есть избыток, 0,8-0,6 = 0,2 моль KOH которые перейдут в реакцию номер 3.
С 0,2 моль KOH могут прореагировать 0,2 моль KHS. Количество KHS изменяется и становится 0,6-0,2=0,4 моль
И при этом образуется 0,2 моль K₂S

реакция	KOH	KHS	K₂S
2	потратилось 0,6 моль	образовалось 0,6 моль	0
3	Остаток от реакции 2 0,8 - 0,6 = 0,2 моль Все что осталось, пошло в реакцию 3 и потратилось	Значит KHS который образовался в ходе 2-ой реакции будет тратится в ходе 3-ий с 0,2 моль KOH реагирует 0,2 KHS	образовалось 0,2 моль
Итого	все потратилось	0,6 - 0,2 = 0,4 моль	0,2 моль

Сколько в граммах образовалось K₂S
n(K₂S) =0,2 (моль)

M(K₂S) = 110 (г/моль)

m(K₂S) =0,2*110 = 22 (г)

Сколько в граммах образовалось KHS
n(K₂S) =0,4 (моль)

M(K₂S) = 72 (г/моль)

m(K₂S) =0,4*72 = 28,8 (г)

Вычислим массу раствора

По закону сохранения вещества, масса начальная, плюс масса веществ поступивших в раствор, минус масса покинувших раствор. Раствор у нас ничего не покидало. То есть к массе начального раствора KOH с водой надо прибавить массу H₂S

m(р-ра) = m газа (H₂S) + m всего раствора (KOH)

m всего раствора (KOH) = 640 (г)

m(H₂S) = n(H₂S)*M(H₂S) = 0,6*34 = 20,4 (г)

m(р-ра) = 20,4 + 640 = 660,4 (г)

Вычислим массовые доли веществ:

w(K₂S) = 22 / 660,4 = 0,033 или 3,3%

w(KHS) = 28,8 / 660,4 = 0,044 или 4,4%

w(H₂O) = 100% - 3,3% - 4,4% = 92,3%

Занятно в этом решении то, что оба способа правильные, но реакции записаны в ответе РАЗНЫЕ. Хочется верить, что обойдется без апелляции.

Оцените своё решение

0 1 2 3 4

Подробное решение

Запишем уравнения реакций:

1) Al₂S₃ + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂S

А вот дальше есть 2 подхода к решению. Судя по всему щелочи может и не хватать и будут образовываться как кислая соль так и средняя
Способ решения 1 (это способ чуть менее понятный, смотри ниже способ 2).

2) KOH + H₂S = KHS + H₂O

3) 2KOH + H₂S = K₂S + 2H₂O

Здесь мы запишем сразу 2 реакции, реакцию с образованием кислой соли и с образованием средней соли.

Рассчитаем количество исходных веществ:
M(Al₂S₃)=150 (г/моль)

n(Al₂S₃) = 30 / 150 = 0,2 (моль}

По уравнению (1) 1 моль Al₂S₃ дает 3 моль H₂S, значит 0,2 моль Al₂S₃ дадут 3*0,2=0,6 моль H₂S

m(KOH)= 640 * (7% / 100%) = 44,8 (г)

M(KOH)=56 (г/моль)

n(KOH) = 44,8 / 56 = 0,8 (моль}

Надо убедиться, что мы рассуждаем правильно, и щелочи нам не хватит для получения только средней соли. Может реакция (2) не нужна? Смотрим на реакцию (3). 1 моль H₂S требует 2 моль KOH, у нас 0,6 моль H₂S значит потребуется 0,6*2=1,2 моль KOH, а у нас нет такого количества щелочи.

Вычислим количество и массы получившихся солей.
В каких у нас прореагировал H₂S по реакции (2) и реакции (3)

пусть в реакции (2) прореагировало х моль H₂S тогда затрачено х моль KOH

пусть в реакции (3) прореагировало y моль H₂S тогда затрачено 2y моль KOH

x + y = 0,6 (общее количество H₂S)

х + 2y = 0,8 (общее количество KOH)

решаем систему уравнений,
вычтем из второго уравнения первое и получим y=0,2
тогда x = 0,4

Сколько в граммах образовалось K₂S
по реакции (3), у нас прореагировало y моль H₂S или 0,2 моль, и образовалось столько же моль K₂S

n(K₂S) =0,2 (моль)

M(K₂S) = 110 (г/моль)

m(K₂S) =0,2*110 = 22 (г)

Сколько в граммах образовалось KHS
по реакции (2), у нас прореагировало y моль H₂S или 0,4 моль, и образовалось столько же моль KHS

n(K₂S) =0,4 (моль)

M(K₂S) = 72 (г/моль)

m(K₂S) =0,4*72 = 28,8 (г)

Вычислим массу раствора

По закону сохранения вещества, масса начальная, плюс масса веществ поступивших в раствор, минус масса покинувших раствор. Раствор у нас ничего не покидало. То есть к массе начального раствора KOH с водой надо прибавить массу H₂S

m(р-ра) = m газа (H₂S) + m всего раствора (KOH)

m всего раствора (KOH) = 640 (г)

m(H₂S) = n(H₂S)*M(H₂S) = 0,6*34 = 20,4 (г)

m(р-ра) = 20,4 + 640 = 660,4 (г)

Вычислим массовые доли веществ:

w(K₂S) = 22 / 660,4 = 0,033 или 3,3%

w(KHS) = 28,8 / 660,4 = 0,044 или 4,4%

w(H₂O) = 100% - 3,3% - 4,4% = 92,3% (чего делать не следует так это пытаться вычислить сколько воды было, сколько образовалось в ходе реакций нейтрализации. Сделать это можно, и ответ выйдет правильным, но только на это уйдет много времени. Так как у нас и газ и щелочь прореагировали полностью в растворе нет ничего кроме воды и солей. Значит вода доля воды - вся оставшаяся после солей доля)

Способ 2 чуть более понятный.

1) Al₂S₃ + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂S

Не понятно а сколько у нас щелочи. Сказано, что H₂S поглотили полностью. Но если щелочи мало, то образовалась только кислая соль. Если щелочи больше образовались 2 соли кислая и средняя, ели щелочи совсем много, образовалась только средняя соль,. Запишем реакции последовательно. Сначала образуется только кислая соль (2), а потом кислая соль продолжает дальше нейтрализоваться (3) щелочью, если та ещё имеется.

2) KOH + H₂S = KHS + H₂O

3) KHS + KOH = K₂S + H₂O

Пойдет ли реакция номер 3 вообще покажут дальнейшие расчеты.

Рассчитаем количество исходных веществ:
M(Al₂S₃)=150 (г/моль)

n(Al₂S₃) = 30 / 150 = 0,2 (моль}

По уравнению (1) 1 моль Al₂S₃ дает 3 моль H₂S, значит 0,2 моль Al₂S₃ дадут 3*0,2=0,6 моль H₂S

m(KOH)= 640 * (7% / 100%) = 44,8 (г)

M(KOH)=56 (г/моль)

n(KOH) = 44,8 / 56 = 0,8 (моль}

Итак что мы имеет. У нас есть 0,6 моль H₂S по реакции 2 нам надо 0,6 моль KOH, а у нас есть 0,8 моль KOH.
Значит у нас есть избыток, 0,8-0,6 = 0,2 моль KOH которые перейдут в реакцию номер 3.
С 0,2 моль KOH могут прореагировать 0,2 моль KHS. Количество KHS изменяется и становится 0,6-0,2=0,4 моль
И при этом образуется 0,2 моль K₂S

реакция	KOH	KHS	K₂S
2	потратилось 0,6 моль	образовалось 0,6 моль	0
3	Остаток от реакции 2 0,8 - 0,6 = 0,2 моль Все что осталось, пошло в реакцию 3 и потратилось	Значит KHS который образовался в ходе 2-ой реакции будет тратится в ходе 3-ий с 0,2 моль KOH реагирует 0,2 KHS	образовалось 0,2 моль
Итого	все потратилось	0,6 - 0,2 = 0,4 моль	0,2 моль

Сколько в граммах образовалось K₂S
n(K₂S) =0,2 (моль)

M(K₂S) = 110 (г/моль)

m(K₂S) =0,2*110 = 22 (г)

Сколько в граммах образовалось KHS
n(K₂S) =0,4 (моль)

M(K₂S) = 72 (г/моль)

m(K₂S) =0,4*72 = 28,8 (г)

Вычислим массу раствора

По закону сохранения вещества, масса начальная, плюс масса веществ поступивших в раствор, минус масса покинувших раствор. Раствор у нас ничего не покидало. То есть к массе начального раствора KOH с водой надо прибавить массу H₂S

m(р-ра) = m газа (H₂S) + m всего раствора (KOH)

m всего раствора (KOH) = 640 (г)

m(H₂S) = n(H₂S)*M(H₂S) = 0,6*34 = 20,4 (г)

m(р-ра) = 20,4 + 640 = 660,4 (г)

Вычислим массовые доли веществ:

w(K₂S) = 22 / 660,4 = 0,033 или 3,3%

w(KHS) = 28,8 / 660,4 = 0,044 или 4,4%

w(H₂O) = 100% - 3,3% - 4,4% = 92,3%

Занятно в этом решении то, что оба способа правильные, но реакции записаны в ответе РАЗНЫЕ. Хочется верить, что обойдется без апелляции.